浅谈机制砂在混凝土中的应用.pdf

2 0 1 2 年0 2 月 瞳两溺蓑持 施工技术 浅谈机制砂在混凝土中的应用 李刚 中交三航局厦门分公司 改革开放以来，随着社会经济的飞速发展，建筑市场十分活跃。建筑 物、公路、桥梁等水泥混凝土和沥青混凝土的用砂量十分巨大。天然砂资 源短缺的问题日益突出。目前我国大多数地区应用的砂是天然砂，而天 然砂资源作为一种地方资源、是短时间内不可再生。随着基本建设的日 益发展，在我禽不少地区天然砂资源逐步减少、局部逮区甚至出现无天 然砂的情况，混凝土胄j 砂供需矛盾日益突出，直接导致天然砂的价格越 来越高，在用砂高峰时出现无天然砂可用的局面，直接影响了工程建设 的发展。而且现代混凝土对砂的技术要求也越来越高．特别是高强度等 级和高性能混凝对骨料的要求很严，而能满足其要求的天然砂数量越 来越少。随着天然砂需量越来越大，质量上要求越来越高，价格的上涨等 等，由此引发的工程质量，破坏农田、水利资源问题日趋严重。 因此，寻找新的混凝土用砂资源已迫在眉睫，开发使用机制砂已成 为解决建筑用砂短缺的重要途径之一。 1 人工砂的定义、特点 根据国标规定，凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。具 体机制砂的定义是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4 ．7 5 r a m 的岩石 颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。 机制砂的自身主要特点是目前基本为中粗砂，细度模数在2 ．6 。3 。6 之间，颗粒级配稳定、可调，含有一定量的石粉，除1 5 0 肛m 的筛余有所增 加外，其余筛余均能满足标准天然砂I 区、Ⅱ区要求，粒型多呈三角体或 方矩体，表面粗糙，棱角尖锐。但由于全国各地机制砂的生产矿源的不 同、生产加工机制砂的设备和工艺不同，生产出机制砂粒型和级配可能 会有很大的区别，比如，有些机制砂片状颗粒较多，有些机制砂的颗粒级 配为两头大中间小，但只要能满足国标中对人工砂的全部技术指标，就 可以在混凝土和砂浆中使用。并且机制砂的粒型和级配都是可以调整和 改进的．在这一点上．人工砂于天然砂有着本质的区别。 2 机制砂混凝土的性能 2 ．1 新拌和时的工作性 新拌和机制砂混凝土的工作性能，又称和易性，是指混凝土具有流 动性、可塑性、稳定性和易密性等几方面的一项综合性能，这些性能并不 是孤立的，而是有一定的相互关联，时从不同的角度描述新拌混凝土的 特性。表示混凝土浇灌成型的难易程度，也表示混凝土抵抗材料分层离 析的能力。坍落度作为混凝土和易性的具体指标。 在水灰比相同的条件下，机制砂混凝土坍落度要小于河砂混凝土， 这主要是机制砂本身具有裂隙、空隙及孔洞，箕有一部分颗粒为矿物颗 粒集合体，这样增大了砂子的比表面积，吸附了更多的水，导致混凝士的 需水量增加，坍落度减小。相同条件下，配置相同坍落度的混凝土，机制 砂比天然河砂需水量增加5 ．1 0 k g ，m 3 。但在不增加水泥的前提下水灰比 变大后，一般混凝土实测强度并不降低。如果按天然砂的规律进行机制 砂混凝土配比设计．人工砂的需水量大，和易性稍差，易产生泌水，特别 在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显；而如果根据人工砂的特 点进行机制砂混凝土配比设计，通过合理利用人工砂中的石粉、调整人 工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。 试验证明最适合配制混凝土的人工砂细度模数为2 ．6 ⋯30 级配为Ⅱ 。，巳j 皂 三k ，皂j 皂 j k ，皂 j e j o ，皂j e j “，e j e - ，k ，巴o 皂j 皂一j e 二e 一 j e j 皂 j e 一 j 皂j e 三吧j C 上睡一 j 它一 j 皂一j 皂 三C 一 j 1 己， 入，在坑道和较危险区域设置防护装置。通过落实责任．细化分工，加强 管理和监督，黄潜各种质量、安全控制资料。对施工中的异常情况进行预 防且制订了可行的措施，使本工程在保证安全、质量、工期的条件下顺利 完成，得到了建设单位、监理单位的一致好评。 2 施工难点的分析和控制 本工程部分场地位于水塘水沟回填区域 如6 5 号楼西侧 ，虽表面 经黄土压实，但下部地质情况仍然复杂，挤土效应较大。容易引起偏桩。 针对这一疑难问题，我项目部联系了建设单位、设计单位、勘察单位、监 理单位进行了研讨，并向资深前辈咨询。采用了先硬后软、先中心后周边 的辐射施工方法。即先施工地质土较硬，土层性质较完好的区域，再施工 土质较软，地质复杂的区域，在地质土相对松软湿陷的区域内，先施工中 间区域，再施工周围区域。这样便可减少挤土效应造成的桩位偏移。本项 目在具体采用以上方法前还对地面2 m 深以内的湿陷泥土进行了置换， 地表部分用压桩机械来回压实。施工中尽量将桩顶送至地面1 m 以下，以 防机械移动时对桩顼直接碾压造成破坏。如遇按设计送桩不到l m 的情 况，可在置换场地土时垫高。如图所示 通过采用以上施工方法，基本保证了静压管桩在松软地层中施工不 被挤偏挤断。从目前基础开挖桩位复测情况来看，效果良好。 渣工过程中由于挤土效应可旋引起局部桩身抬高，尤其是端承桩或 端承摩擦桩会由此引起基础不均匀沉降。其防治方法 1 管桩施工完成后宜对桩身进行复压1 。2 次，甚至多次，即所谓 “跑机”。同时，桩基完成以后应在嵌固期后才能进行土方开挖施工，嵌固 期根据土质有不同要求，一般7 - 2 1 d 。 2 管桩施工完成后进行必要的静载检测，以检验是否达到设计要 求。 3 总结 通过以上工程实例，总结了静压管桩施工应注意的几个方面①施 工安全上应加强起吊和用电的管理，落实安全责任，防止施工人员摔伤， 儿童坠入管桩。②旋工质量上应严格控制桩位偏差、桩项标高、最终压桩 力和焊接质量。施工中应经常对可见桩项桩位进行复测，检查偏位情况 应有专人检查监督压桩油压值，并注意压力值的变化做好接桩隐蔽验 收，③做好场地排永工作，保持道路坚实畅通，及时安排管桩进场，确保 施工进度不受影响，保证工程按期完成。④详细参阅工勘报告，在保证工 程质量的前提下减少截桩率，减少短桩使用数量，杜绝强拉猛吊造成管 桩损坏，为我公司和建设单位节约工程成本。 本工程施工的所有管桩桩基，桩位偏差、桩身垂直度符台规范要求， 桩身质量、入土深度和最终压桩力均达到设计要求。经基础开挖检验，桩 顶标高符合规范规定和设计要求。 参考文献 【l 】毛龙泉沈北安，魅金方张以建，建筑工程施工质量检查与验收手册【s 1 ．北京中 国建筑工业出版社，2 0 0 2 ． f 2 1 唐景山．建筑安全技术f M l 一E 京化学工业出版社，2 0 0 2 ． “ 8 1 万方数据 施工技术 t 葡嗣箍瓷 2 0 1 2 年0 2 月 区。人工砂在配制填加外加剂的混凝土时，对外加剂的反应比天然砂敏 感。人工砂配制的高强度泵送混凝土在泵送过程中不易堵泵。正确使用 人工砂配制的混凝土密实度大、抗渗、抗冻性能好，其它物理力学性能和 长期耐久性均能达到设计使用要求。人工砂特别适于配制高强度等级混 凝土、高性能湿凝土和泵送混凝土。 2 ．2 机制砂混凝土的力学性能 混凝土的力学性能指标包括抗压强度、抗拉强度、抗折强度，抗弯强 度、弹性模量、粘结强度、疲劳强度、收缩徐变特性等。针对这些指标进行 深入研究的还比较少。但是，对于抗压强度、弹性模量这2 个主要指标， 国内外却积累了较丰富的实验资料。 采用机制砂配置C 5 0 混凝土的实验结果如表l 所示。 表l 机制砂配置C 5 0 混凝土的坍落度和抗压强度 用水量／ 坍落度，Ⅷ1抗压强度／M P a 组别水灰比砂率 k g开始l h3 d 7 d 2 8 d 第1 组0 ．3 60 ．3 91 6 0 1 2 59 54 2 ．84 9 ．15 6 ．2 第2 组0 ．3 40 ．3 81 6 01 2 09 04 4 ．25 1 ．96 0 ．2 第3 组 O ．3 3 0 ．3 7 1 6 0 1 1 58 54 7 ．05 3 ．36 5 ．7 一般机制砂筛余0 ．3 1 5 m m 以下所占比例较小，仅有1 0 ％左右。相关 混凝土泵送施工技术规程中指明，泵送混凝土细骨料通过O ．3 1 5 m m 筛孔 的筛余不应小于1 5 ％。天然细砂的粒径主要集中在0 ．3 n u n 以下。细度模 数一般在1 ．5 左右。天然细砂细度模数低，若单独配制混凝土，会由于收 缩大引起混凝土开裂，但是可以利用天然细砂粒径主要集中在0 ．3 m m 以 下的特点，与机制砂复合组成人工混合砂，从而使配置的混凝土获得良 好的施工性能。通常用4 0 ％的天然细砂与6 0 ％的机制砂混合作为细骨料 使用，可以取得良好的效果。对特细砂、混合砂、机制砂混凝土进行了实 验对比，结果如表2 所示，其混合砂中特细砂和机制砂的比例为4 6 ，机 制砂母岩为石灰岩。表3 为的实验结果。 表2 特细砂、复合砂、机制砂混凝土强度对比 配台比 水泥砂石； 设计强度等级砂子类别 水泥用量， k 咖92 8 d 强度舢P 日 水 特细砂1 j 1 ．】7 j 3 ．5 4 l o ．5 23 8 53 矗2 C 3 0混合砂1 2 ．3 9 3 ．9 2 0 ．5 23 1 04 4 ．1 机制砂1 ；2 ．5 1 3 ．9 3 0 ．5 23 0 24 5 ．6 特细砂l 0 ．8 9 3 ．0 7 0 ．4 5 4 4 4 4 7 ．1 C 柏混合砂1 1 ．7 7 3 ．2 l 0 ，4 53 7 85 4 ．6 机制砂l 1 ．4 7 3 ．2 6 0 ．4 53 6 4 5 8 ．1 特细砂1 0 ．5 7 2 ．5 2 , 0 ．3 75 4 15 8 ．4 C 5 0混合砂1 1 ．3 I 3 ．2 1 0 ．3 74 4 66 2 ．9 机制砂1 1 ．4 7 3 ．2 6 0 ．3 74 3 36 3 ．1 表3 机制砂与天然砂混凝士主要指标对比 设计强配合比水泥砂石坍落轴心抗压辟裂抗拉抗折强 静力受压 砂类弹性模 度等级子水度m m强度珊P a强] 咖／I P a度／M P a 量，M P a C 2 54 1 0 , 7 0 5 1 1 5 0 1 8 55 03 2 ．83 ．2 45 ．53 ．9 8 x l o l 河砂 C 3 04 7 5 6 7 8 1 1 0 7 ；l 如 6 0 3 5 ．93 ．5 36 ．54 ．0 8 x 1 0 I 水洗 C 2 54 1 0 7 0 5 1 1 5 0 1 8 55 33 1 ．23 ．2 6 5 ．9 3 ．9 1 x 1 0 4 砂 C 3 0 4 7 5 6 7 8 1 1 0 7 1 9 0 6 0 3 6 ．33 ．6 16 ．84 ．0 2 1 0 ‘ 机制 C 2 54 l O 7 0 5 1 1 5 0 1 8 54 53 4 ．13 ．3 16 34 ．0 2 x 1 0 4 砂 C 3 0“ 5 6 7 8 1 1 0 7 ；1 9 0 4 5 3 8 ．4 3 ．7 27 ．14 ．1 2 x 1 0 4 由于机制砂一般采用硬质岩石破碎，机制砂比天然砂的抗压强度更 高。所以机制砂混凝土与天然砂混凝土相比，各项力学性能指标不低，甚 至更高。 当然，混凝土的强度、弹性模量等力学性能指标除了和砂的强度有 关外，还与其他因素有关，如机制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的 砂率等。机制砂混凝土的实验表明，石粉含量对混凝土的强度的影响很 大，石粉含量越高，混凝土的强度随之降低。机制砂砂率在小于4 0 ％时， 拌合物过于粘稠，砂率增大后，工作性能得到改善，砂率在4 2 - - - 4 6 ％时，强 度趋于稳定。砂率超过5 0 ％，不但强度有所下降，而且静力受压弹性模量 显著降低。 3 试验机理 1 配制混凝土时，水灰比较大、水泥用量少，机制砂中的石粉补充 ．8 2 了细颗粒，增加了混凝土拌合物的稠度，拌合物的粘聚性随着石粉含量 的增加而增加，离析现象随石粉含量增加明显改善，机制砂中含有适当 比例的石粉可以提高坍落度。石粉的存在，增加了固体表面积对水的比 例，保水性增强，泌水情况得到改善。 2 机制砂中的石粉在水泥水化反应中起晶核作用和微集料填充作 用，增加了混凝土的密实度，在一定程度上提高了混凝土的强度。在单位 水泥用量少的情况下，石粉对机制砂混凝土强度的贡献更加突出。在给 定水灰比和单位水泥用量情况下，机制砂混凝土强度随龄期的发展规律 与石粉含量关系不明显。 3 对于机制砂混凝土，机制砂含有一定比例石粉对混凝土强度的 提高有促进作用，且提高程度与水灰比成一定正比关系。 4 从混凝土的工作性和抗压强度方面来看，配制混凝土时，机制砂 中含有一定比例的石粉是有益的．机制砂并非“越干净越好”。 4 机制砂应用中需改进的方面及建议 虽然机制砂目前已在各地应用。但在一些地区尚未受到足够的重 视。除了人为因素之外，也因为机制砂在使用中还存在一些技术问题比 如机制砂由于其颗粒级配比较差。尤其是大于2 ．5 r a m 和小于O ．0 8 m m 的 颗粒明显多于天然砂。级配波动较大水泥混凝土的和易性差。并且容易 造成混凝土外观质量缺陷。单纯使用机制砂配制水泥混凝土还会造成水 泥用量的增加。这些问题可以考虑采用以下方法解决 1 严格机制砂母材的选择，生产前。应对岩石进行取样。检测其强 度和压碎值等指标。达不到要求的材料不得使用； 2 可以考虑机制砂与天然砂的合理掺配，并可以考虑在水泥混凝 土中掺入外掺料，如粉煤灰等改善机制砂的和易性。也可以掺加减水剂。 优化配合比设计，合理降低水泥用量，节约工程成本。 5 结束语 我国幅员辽阔，硬质岩石资源遍布全国各地，将岩石机械破碎，筛分 生产机制砂，不仅有充足的数量保证，而且可确保其质量。随着机制砂工 艺的改进，品质的提高，机制砂代替天然砂，将会被越来越多的工程所认 可、接受。另外由于机制砂生产不受气候、季节影响，且在生产工艺上能 得到有效控制。 机制砂作为一种重要的建筑材料。在建筑、公路施工等领域有着广 阔的应用前景。各地在积累成功经验的同时，应在以后的工程建设中加 以大力推广和应用。 参考文献 【l 】庞林太．机制砂混凝土在工程实践中的应用．特路工程造价管理，2 0 0 7 7 2 8 3 1 【2 】陈欣声．机制砂在商品混凝土中的应用，2 0 0 4 1 1 ． 万方数据 浅谈机制砂在混凝土中的应用浅谈机制砂在混凝土中的应用 作者李刚 作者单位中交三航局厦门分公司 刊名 建材与装饰 英文刊名Construction Materials Decoration 年，卷期20124 参考文献2条参考文献2条 1.庞林太 机制砂混凝土在工程实践中的应用 200707 2.陈欣声 机制砂在商品混凝土中的应用 2004 本文链接