C55機(jī)制砂混凝土配合比與施工質(zhì)量控制要點(diǎn)研究

趙春磊，許建力，李灝鵬

(廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

目前我國部分地區(qū)的天然砂資源已近枯竭，已開采的天然砂質(zhì)量不滿足工程需求，級配較差且含泥量高。機(jī)制砂由機(jī)械破碎加工而成，其表面粗糙、棱角性好且含有石粉，配置混凝土坍落度小，且保水性與粘聚性好，在各種強(qiáng)度等級的混凝土中均有應(yīng)用，因此河砂、海砂等被機(jī)制砂替代已成為當(dāng)前發(fā)展的趨勢[1]。而機(jī)制砂如何應(yīng)用在橋梁工程，以及其中的高標(biāo)號大體積混凝土澆筑是當(dāng)下的難點(diǎn)[2]，因此相關(guān)學(xué)者對此展開了研究。D.S.Prakash Rao等通過試驗(yàn)對比了機(jī)制砂混凝土與河砂混凝土的強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)相同配比下，機(jī)制砂混凝土擁有更高的力學(xué)強(qiáng)度[3]。AK Sahu等以機(jī)制砂部分取代河砂，研究了替換后對混凝土性能的影響，發(fā)現(xiàn)若摻入外加劑時(shí)，混合砂混凝土的力學(xué)強(qiáng)度低于單種砂配置的混凝土，此時(shí)宜采用摻入外加劑改善性能[4]。李北星等研究了機(jī)制砂混凝土的配比影響因素，發(fā)現(xiàn)配置高強(qiáng)度混凝土應(yīng)對石粉含量予以控制[5]。楊德斌等研究發(fā)現(xiàn)，在水膠比和水泥用量相同的條件下，機(jī)制砂混凝土的回彈模量高于普通混凝土[6]。沈衛(wèi)國通過調(diào)整混凝土的配比、優(yōu)選水泥發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂混凝土的28 d強(qiáng)度≥73 MPa，認(rèn)為采用機(jī)制砂混凝土可滿足構(gòu)配件的強(qiáng)度要求[7]。宋偉明等在C80及以上等級的機(jī)制砂混凝土中摻入兩種外加劑，驗(yàn)證了工作性能并提出了機(jī)制砂高性能混凝土的制備措施[8]。阮裕和等研究了機(jī)制砂混凝土的工作性能以及抗開裂技術(shù)，并在大型預(yù)制箱梁中成功應(yīng)用[9]。因此，鑒于現(xiàn)有的研究，本文通過賀州至巴馬高速公路紅水河特大橋工程實(shí)例，研究懸臂澆筑C55機(jī)制砂混凝土的配合比，并提出相應(yīng)的施工質(zhì)量控制要點(diǎn)。

1 機(jī)制砂混凝土配制原則

(1)機(jī)制砂混凝土的配合比設(shè)計(jì)首先要滿足混凝土的工作性能，強(qiáng)度與耐久性不得低于規(guī)范要求，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低成本。

(2)控制膠凝材料的用量，降低水膠比，采用優(yōu)質(zhì)的硅酸鹽水泥，并摻入適量的硅灰材料。

(3)控制機(jī)制砂與石料的質(zhì)量，選用含泥量低、針片狀含量低的機(jī)制砂與石料，砂率根據(jù)機(jī)制砂石粉的含量作調(diào)整。

(4)采用聚羧酸高效減水劑(緩凝型)等外加劑，保證混凝土具有較好的流動(dòng)性、粘聚性、保水性。

(5)在混凝土強(qiáng)度有保證的前提下，適當(dāng)降低膠凝材料的用量。

2 機(jī)制砂混凝土配合比研究

2.1 原材料

本文采用的硅灰、機(jī)制砂與水泥的技術(shù)指標(biāo)如表1～3所示。

表1 硅灰技術(shù)指標(biāo)表

表2 機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)表

表3 水泥技術(shù)指標(biāo)表

2.2 機(jī)制砂對混凝土工作性能的影響

與河砂相比，機(jī)制砂顆粒具有棱角性、細(xì)度模數(shù)大、粒徑相差大且石粉含量高的特點(diǎn)，選用機(jī)制砂配置混凝土與河砂相比，對混凝土性能的影響存在差異[11]。因此根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)提出如表4所示級配的機(jī)制砂，并對混凝土的特性進(jìn)行評價(jià)，其中機(jī)制砂石粉含量取6.8%。

表4 機(jī)制砂級配表

根據(jù)表4所配置的混凝土具有較好的流動(dòng)性，并且粘聚性與保水性較好。

機(jī)制砂石粉的含量同樣會影響混凝土的性能，石粉的摻入可減少水泥用量，并減少機(jī)制砂與石料的相互抵觸。由于機(jī)制砂石粉細(xì)度與水泥相近，適量的石粉可增強(qiáng)水泥漿的包裹性，而含量過高則會影響混凝土的強(qiáng)度等工作性能[12]。石粉含量對混凝土坍落度的影響如表5所示。

表5 機(jī)制砂不同石粉含量對混凝土坍落度的影響指標(biāo)表

由表5可知，當(dāng)機(jī)制砂石粉含量>6%時(shí)，混凝土流動(dòng)性逐漸變差，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，石粉含量控制在5%以下難度較大，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，宜將機(jī)制砂石粉含量控制在6%～8%。

2.3 C55機(jī)制砂混凝土配合比研究

初步擬定C55機(jī)制砂混凝土配合比，如表6所示。性能測試結(jié)果如表7所示。

表6 C55混凝土質(zhì)量配合比表(kg/m3)

表7 C55混凝土性能測試結(jié)果表

由表7可知，C55-1和C55-2配合比的7 d抗壓強(qiáng)度較低，且C55-1和C55-2的28 d強(qiáng)度不滿足要求。而C55-4和C55-5的28 d強(qiáng)度過高，會引起混凝土開裂，因此膠凝材料的總量不宜過高，最終推薦C55-3的配合比作為目標(biāo)配合比。

3 機(jī)制砂混凝土施工質(zhì)量控制要點(diǎn)

3.1 拌制

機(jī)制砂高性能混凝土拌和采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，拌和應(yīng)滿足以下要求：

(1)使用外加劑時(shí)拌和時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長且≥2 min，攪拌機(jī)內(nèi)裝料量不應(yīng)大于核定攪拌量的80%。

(2)采用液體外加劑時(shí)應(yīng)減少用水量，采用固體外加劑時(shí)應(yīng)延長≥30 s的拌和時(shí)間。

(3)首盤混凝土拌和時(shí)可將水泥與砂用量增加10%，保持水膠比不變更利于拌和。

(4)冬季拌和應(yīng)采用強(qiáng)度等級高的硅酸鹽水泥，并摻入防凍劑。夏季拌和應(yīng)采用水化熱低、水化速度慢的水泥，或摻入緩凝劑；條件允許的情況下，宜在石料倉庫增設(shè)霧化器降溫，制備冷卻水，或摻冰拌和。

3.2 運(yùn)輸

(1)機(jī)制砂混凝土運(yùn)輸應(yīng)采用混凝土攪拌車，運(yùn)輸過程中確保不漏漿并采取噴霧、沖洗預(yù)冷、隔熱遮陽等措施。

(2)運(yùn)輸過程中混凝土攪拌車應(yīng)適時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌筒，速度控制在3～6 r/min，正式澆筑前應(yīng)快速轉(zhuǎn)動(dòng)攪拌筒≥20 s，并對混凝土的均質(zhì)性與坍落度進(jìn)行實(shí)測，合格后方可澆筑。

(3)混凝土運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)控制在1.25 h內(nèi)，當(dāng)氣溫<25 ℃時(shí)可適當(dāng)延長。

(4)施工現(xiàn)場應(yīng)提供混凝土攪拌車進(jìn)出便道，確保安全，必要時(shí)設(shè)置警示燈與照明設(shè)施。

3.3 澆筑

懸臂澆筑節(jié)段箱梁混凝土施工屬于大體積混凝土施工，由于澆筑量大、連續(xù)澆筑時(shí)間長，因此機(jī)制砂混凝土澆筑工藝有如下控制要點(diǎn)：

(1)澆筑前應(yīng)根據(jù)工程概況、施工條件、人員與機(jī)械配備編制澆筑方案。機(jī)制砂混凝土澆筑應(yīng)采用分層澆筑，分層間歇時(shí)間應(yīng)≤1.5 h且無特殊情況不得留施工縫。

(2)澆筑前應(yīng)檢查機(jī)制砂混凝土的拌和溫度、坍落度、水膠比等，合格后方可澆筑。

(3)機(jī)制砂混凝土從混凝土攪拌車卸料后應(yīng)連續(xù)澆筑完畢，以防坍落度損失。

(4)在大風(fēng)環(huán)境下應(yīng)采取措施防止混凝土中水分流失，按設(shè)計(jì)設(shè)置循環(huán)冷卻水并在高溫時(shí)段采取遮陽棚、鋼模板澆水降溫等溫控措施，確保混凝土入模時(shí)溫度≤28 ℃。

(5)機(jī)制砂混凝土澆筑傾落距離應(yīng)≤5 m，自由傾落高度應(yīng)≤2 m，采用泵送時(shí)水平距離應(yīng)≤10 m，以防離析。機(jī)制砂混凝土澆筑過程應(yīng)保持連續(xù)作業(yè)，若停泵超過15 min，應(yīng)每4～5 min開動(dòng)泵機(jī)保持混凝土的流動(dòng)狀態(tài)；若停泵超過45 min，則應(yīng)清除管內(nèi)混凝土重新澆筑。

3.4 養(yǎng)護(hù)

(1)機(jī)制砂混凝土澆筑完畢后應(yīng)覆蓋并采取灑水養(yǎng)護(hù)措施，保證在養(yǎng)護(hù)期內(nèi)最高溫度≤75 ℃，同時(shí)控制內(nèi)外溫差。必要時(shí)在混凝土攪拌站配置制冰系統(tǒng)[13]。

(2)機(jī)制砂混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間較普通混凝土應(yīng)更長，摻外加劑時(shí)不宜<14 d。薄壁高墩、連續(xù)剛構(gòu)腹板等豎向構(gòu)筑物宜適時(shí)延長養(yǎng)護(hù)時(shí)間。

(3)對于關(guān)鍵部位在養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)進(jìn)行溫度監(jiān)控，記錄構(gòu)筑物內(nèi)部溫度、外層溫度、氣溫與相對濕度等，以此作為調(diào)整養(yǎng)護(hù)條件、控制內(nèi)外溫差的依據(jù)。

4 結(jié)語

(1)分析了機(jī)制砂混凝土的配置原則，以此作為本文配合比設(shè)計(jì)的依據(jù)。

(2)研究了機(jī)制砂對混凝土工作性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)機(jī)制砂石粉含量>6%時(shí)，混凝土流動(dòng)性逐漸變差，而在工程實(shí)踐中將石粉含量控制在5%以下難度較大，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果宜將機(jī)制砂石粉含量控制在6%～8%。

(3)擬定了5組配合比，經(jīng)工作性能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)，C55-1和C55-2配合比的7 d抗壓強(qiáng)度較低， 且C55-1和C55-2的28 d強(qiáng)度不滿足要求，而C55-4和C55-5的28 d強(qiáng)度過高。綜合考慮混凝土的抗開裂性能與膠凝材料用量，推薦C55-3的配合比作為機(jī)制砂混凝土的目標(biāo)配合比。

(4)提出了機(jī)制砂混凝土拌制、運(yùn)輸、澆筑與養(yǎng)護(hù)的質(zhì)量控制要點(diǎn)。