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 機製砂特性及其在高性能混凝土中應用技術

機製砂特性及其在高性能混凝土中應用技術
 

蔣正武1 嚴希凡1     梅世龍2 石大為 2

1.同濟大學先進土木工程材料教育部重點實驗室,上海, 200092;

2.貴州高速公路開發總公司,貴州貴陽,510080

 

    摘  要:本文分析了機製砂一般特性,概述了貴州地區石灰岩機製砂高性能混凝土發展現狀及各種類別的定義、特點及工程應用,主要包括機製砂抗擾動混凝土、機製砂鋼管拱自密實混凝土、機製砂水下抗分散混凝土、機製砂自密實片石混凝土、機製砂超高墩泵送大體積混凝土、機製砂高強高性能混凝土、機製砂大體積混凝土等。

 

1 前言

    混凝土目前一直是人類最大宗的建築結構材料。砂作為混凝土的主要原材料之一,包括天然砂和機製砂兩大類。受自然資源的限製,以河砂為主的天然砂越來越無法滿足日益增長的混凝土用量的需求,尤其在我國西南地區。另外因過量的開采天然砂源,對自然環境所造成的壓力也日益增加,使用機製砂替代河砂在國內外已成為混凝土行業可持續發展的一種趨勢。機製砂已經在砂漿、混凝土、砌塊中已經得到一定程度的應用,尤其在雲南、貴州等河砂自然資源短缺的地區[1][2][3][4]。

    石灰岩(Limestone)簡稱灰岩,以方解石為主要成分的。貴州地區盛產石灰岩,並因地質環境條件,形成大量特色的喀斯特地貌。因此,貴州地區的機製砂絕大部分區域均是采用石灰岩製備而成。貴州地區的機製砂混凝土的推廣在上世紀80年代,早期因無法很好的解決混凝土工作性不良、強度不佳等難題而應用停滯,在本世紀初以來,在積極研發、吸收新混凝土技術的基礎上,機製砂混凝土推廣應用得到了快速發展,目前已經開發出係列石灰岩機製砂高性能混凝土,並在工程中廣泛應用。

    目前,貴州地區已經製定了《貴州省高速公路機製砂高強混凝土技術規程》(DBJ52-55-2008)、貴州省地方標準《山砂混凝土技術規程》等規範標準,也大大促進了貴州地區機製砂高性能混凝土的應用。

2. 機製砂特性

    根據國標規定,經除土處理、由機械破碎、篩分製砂,粒徑小於4.75mm的岩石顆粒,但不包括軟質岩,風化岩石的顆粒。

    機製砂的自身主要特點是,目前基本為中粗砂,細度模數在2.6—3.6之間,顆粒級配穩定、可調,含有一定量的石粉,除150m的篩餘有所增加外,其餘篩餘均多呈三角體或方矩體,表麵粗糙,棱角尖銳。但由於全國各地機製砂的生產礦源的不同、生產加工機製砂的設備和工藝不同,生產出機製砂粒型和級配可能會有很大的區別。比如,有些機製砂片狀顆粒較多,有些機製砂的顆粒級配為兩頭大中間小,但隻要能滿足國標中對機製砂的全部技術指標,就可以在混凝土和砂漿中使用。河砂與機製砂的基本物理性能指標見表1。圖1給出了河砂與機製砂的顆粒形貌。圖2給出了河砂與機製砂的分計篩餘曲線與累計篩餘曲線。從中可以看出,機製砂石粉含量高,表麵粗糙,球體類似度水平較低,顆粒較大,級配不均。

 

                              表1       河砂與不同地區機製砂的基本物理性能

                  Table1 Basic physical properties of river-sand and machine-made sand

Items

Packing density

 /kg·m-3

Apparent density 

/kg·m-3

Crushing 

Index/%

Module of

 fineness

Content of rock

 powder/%

Fine Aggregate 

Angularity/s

Sphere similar 

degrees

River sand

1.49

2.67

10.2

2.5

0.3

30.5

0.57

Guizhou Machine-made sand

1.61

2.70

14.1

3.5

9.2

42.8

0.47

Huzhou Machine-made sand

1.65

2.73

10.7

3.1

7.7

23.7

0.51

                      Fig.1 Granule morphology of river-sand and machine-made sand

圖2     河砂與機製砂的篩分曲線

Fig.2 Sieving curve of river sand and machine-made sand

    由機製砂本身的特點所決定,與條件相同天然砂相比,在配比設計、其它材料成型養護條件都相同的情況下,用機製砂配製出混凝土的特點是:坍落度減小,混凝土28d標準強度提高;如保持坍落度不變,則需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比變大後,一般情況下,混凝土實測強度並不降低。按天然砂的規律進行混凝土配比設計,機製砂的需水量大,和易性稍差,易產生泌水,特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現明顯;而如果根據機製砂的特點進行混凝土配比設計,通過合理利用機製砂中的石粉、調整機製砂的砂率,是完全可以配製出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設計規程的配比設計方法完全適用於機製砂。最適合配製混凝土的機製砂細度模數為2.6-3.0,級配為2區。機製砂在配製添加外加劑的混凝土時,對外加劑的反應比天然砂敏感。機製砂配製的高強度泵送混凝土在泵送過程中不易堵泵。正確使用機製砂的混凝土密實度大、抗滲、抗凍性能好,其它物理力學性能和長期耐久性均能達到設計使用要求。機製砂特別適於配製高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。

 

3. 貴州地區機製砂特種混凝土及其工程應用

    隨著混凝土技術的發展,貴州地區利用機製砂開發配製高性能特種混凝土也越來越多,主要包括機製砂抗擾動混凝土、機製砂鋼管拱自密實混凝土、機製砂水下抗分散混凝土、機製砂自密實片石混凝土、機製砂超高墩泵送大體積混凝土、機製砂高強高性能混凝土、變質岩堿骨料反應抑製混凝土。這些機製砂特種混凝土已經在貴州地區重大工程中得到廣泛應用,並取得了顯著的經濟效益、社會與環境效益。

3.1機製砂抗擾動混凝土

3.1.1概述

    抗擾動混凝土是為適應現代交通技術發展需求而研製的一種新型的混凝土,它可以抵抗行車荷載引起的車橋耦合振動對新拌及硬化混凝土的損害損傷,進而保證在不中斷交通的情況下進行橋麵大範圍重新鋪裝澆築質量。

    抗擾動混凝土具有以下特點:(1)高抗交通擾動性,可以充分抵抗或削弱車輛、機械或人工引起的各類擾動破壞;(2)合理的初凝終凝時間差,交通擾動對處於凝結階段的混凝土性能影響程度最大,尤其是初凝至終凝階段,抗擾動混凝土相對於普通混凝土而言,其初終凝時間差大大縮短;(3)高早期強度,抗擾動混凝土早期強度發展快,可大大減小交通擾動的不利影響,滿足不中斷交通修補工程的需求;(4)高抗裂性,抗擾動混凝土不泌水,不易分層離析,其具有極高的抗裂性,尤其是抗早期的收縮開裂性能,可以大大抵抗交通擾動引起的引力破壞或開裂;(5)高流動性能,抗擾動混凝土的流動度大,工作性良好,在一定時間內損失較小,具有較好的施工性能;(6)高粘結性能,新澆築的抗擾動混凝土與老的基層混凝土和鋼筋具有良好的粘結力;(7)高耐久性,抗擾動混凝土從高耐久性角度設計混凝土的配合比,其在修補工程中具有良好的耐久性。

    抗擾動混凝土廣泛適用各類混凝土修補工程,尤其適用於橋梁、隧道、公路等混凝土修補與搶修工程。

3.1.2工程應用

    C50機製砂抗擾動自密實混凝土主要用於貴州韓家店Ⅰ號特大橋維修加固工程中。

    韓家店Ⅰ號特大橋位於國家主幹線出海通道蘭海高速公路K5+184.500處。主橋為(122+210+122)m預應力混凝土連續剛構,主橋全長為454m,橋麵橫坡為雙向2%。橋梁全寬22.5m;主橋箱梁為三向預應力結構,采用單箱單室截麵。

                                    圖2    韓家店大橋形貌

    2010年7月進行檢測發現,該橋預應力損失嚴重,且橋麵出現開裂等問題,需要盡快進行維修加固。但該橋是連接重慶和貴州的公路動脈,經統計該橋車流量高到6200輛/天,承載著繁重的交通任務,傳統的修複方法需中斷交通,將產生巨大的經濟損失,嚴重影響社會正常的生產和生活。因此,韓家店特大橋混凝土橋麵的修複施工宜采用不中斷交通修複方法。

圖3 橋麵施工情況及施工形貌

    

    2010年8月-11月對該橋進行不中斷交通式修複加固。施工時左右幅對稱,分成四幅施工,同時為了解決橋梁在荷載作用下的振動對現澆混凝土造成病害,該工程采用C50機製砂抗擾動泵送混凝土。腹板以及轉向塊等處采用機製砂抗擾動自密實混凝土。在橋麵澆築施工期間,僅進行限速控製,基本保證了該橋的正常通行;同時由於采用抗擾動自密實混凝土,避免了行車荷載引起的車橋耦合振動對新拌混凝土的損害,新澆築的橋麵平整度高,幾乎沒有裂縫。

   

    目前,抗擾動混凝土在韓家店I號特大橋中用量在1500方左右,應用效果良好,取得了顯著的社會和經濟效益。

3.2鋼管拱自密實混凝土

3.2.1概述

    自密實混凝土是一種通過合理配合比設計與配製而成的具有高流動性、穿越鋼筋能力和抗離析能力的特種混凝土,是高性能混凝土的一個重要分支和發展方向之一。因其具有優異的性能而廣泛應用於各類混凝土工程。

    鋼管拱自密實混凝土是將自密實混凝土填入薄壁鋼管拱內形成的一種介於鋼結構和鋼筋混凝土結構之間的一種新型組合結構材料,鋼管拱及其核心混凝土之間的力學與剛度的協同互補,使其在施工工藝方麵表現出了其它材料無可比擬的優勢[5]。

3.2.2工程應用

    鋼管拱自密實混凝土主要用於貴陽南環線工程花溪I號大橋施工建設中。

該橋主橋為(12+175+12)m的中承式鋼管混凝土拱橋(如圖3所示),拱軸線為懸鏈線,計算跨度為175m,拱肋軸線理論矢高40m,矢跨比為1/4.375,拱肋軸向中心距為29.5m;每肋由一個直徑為 1000mm的鋼管和2個直徑為700mm的鋼管由平連管和腹杆焊接成的三肢格構桁架;在拱肋的上下弦管、拱上立柱、G1~G4內泵送C50自密實混凝土。

 

圖4 花溪I號大橋主橋平麵圖

 

 

圖5 花溪I號大橋主橋施工形貌

 

    針對鋼管拱自密實混凝土的施工工藝、冬季低溫氣候條件以及現場施工條件,計算出上弦管連續泵送施工時間需4.5小時。為此,配製出的鋼管拱自密實混凝土除自密實性、強度等級以外,還應具有優異工作性長時間保持性、補償收縮性。通過優選材料、優化配合比並進行係統試驗配製出了性能優良的C50鋼管拱自密實混凝土。實際性能如下:

    初始坍落度260mm,坍落擴展度700mm;4h坍落度260mm,坍落擴展度650mm;6h坍落度240mm,坍落擴展度600mm;8h坍落度220mm,坍落擴展度575mm;混凝土常壓泌水率為0;初凝時間17h,終凝時間19h;含氣量小於3.0%;T50時間10.2s;混凝土抗壓強度3d為41.3MPa,7d為59.5MPa,28d為79.0MPa;混凝土28d彈性模量4.57×104MPa,28d自由膨脹率2.4×10-4。

    鋼管拱自密實混凝土的成功應用縮短了花溪I號大橋的施工周期,保證了施工質量,效果顯著。鋼管混凝土拱橋是自密實重要的應用領域之一,據不完全統計,目前我國已建和在建的鋼管混凝土拱橋已達200多座,並在數量仍在不斷提高,因此鋼管拱自密實混凝土的應用前景十分廣闊。

3.3機製砂水下抗分散混凝土

3.3.1概述

    普通混凝土在水中下落時容易受到環境水的衝洗、稀釋,造成各組分的分離,使水泥漿流失,混凝土強度大大降低,工程質量無法保證。一般混凝土施工技術規範均規定,普通混凝土不能在水中澆注成型。

    水下抗分散混凝土,即采用水下抗分散劑與合理的混凝土原材料,經合理配合比設計後,配製出一種在水下施工時不離析、抗分散、自密實、自流平、且安全無毒,不汙染環境的水下抗分散混凝土。水下抗分散混凝土的性能、配製方法、施工技術的好壞直接影響了水下混凝土結構的質量和使用壽命。

3.3.2工程應用

    機製砂水下抗分散混凝土主要應用於貴州花魚洞大橋橋墩基礎下溶洞的修補和填充。

    花魚洞大橋跨越紅楓湖水庫,勘察結果表明,大橋4#橋墩基礎下伏地基岩溶發育,鑽孔揭露溶洞分為三層,其中上層溶洞地板距離基礎底僅0.4m,溶洞高度1.5m,洞內無充填,對基礎穩定性影響較大,須進行處理。另外,花魚洞大橋貴陽岸拱座基礎下伏地基岩溶發育且規模較大,鑽孔揭露溶洞高度約13m,橫向發育寬度2~4m,近橢圓狀發育,頂板基岩厚2.7m,洞內為水體全充填,溶洞與紅楓湖水體有管道連通,對工作基礎穩定性有較大影響,須進行處理。

    由於場區工程地質條件及水文地質條件較複雜,設計規定對溶洞采用水下抗分散混凝土進行修補填充,要求修補後填充密實,能滿足基礎承載能力需要,且對環境無汙染,不能影響紅楓湖飲用水源。

    通過選用合理的原材料,優化設計配合比,配製出性能優良且不汙染水質的水下抗分散混凝土,並取得了良好的工程應用效果。

                      圖6  導管法施工現場                                圖7  澆築後溶洞側麵效果

 

3.4機製砂自密實片石混凝土

3.4.1概述

    機製砂自密實片石混凝土是指首先將滿足一定粒徑要求的大塊石/片石直接放入施工倉,形成有一定空隙的片石體,然後在片石體表麵澆注機製砂配製的超流態機製砂自密實混凝土,依靠自重,完全填充片石空隙,機製砂超流態機製砂自密實混凝土硬化後與片石形成完整、密實、低水化熱的混凝土結構[6][7][8]。

  

圖8  片石堆放與機製砂超流態自密實混凝土的澆築

    超流態機製砂自密實混凝土是指混凝土拌合物具有非常良好的工作性,粘度極低、流動性很好且粘聚性好,倒坍落度筒流出時間小於6s,僅僅依靠混凝土自重作用無需振搗作用便能夠均勻密實的填充片石自然堆積後的空隙的高性能自密實混凝土。

    機製砂自密實片石混凝土采用大量片石和粉煤灰,減少了水泥用量、降低水化熱,從而減少溫室氣體排放和能量消耗,是一種環保型混凝土;且在片塊石機製砂自密實混凝土施工過程中,片石的摻加可采用機械進行,混凝土不用進行振搗,最大限度地減少人工、降低工人技術水平和質量管理水平對工程質量的影響,在提高施工質量的基礎上,可明顯縮短工期,提高施工效率,在工程應用中具有重大的實際意義。該混凝土可以適用於貴州地區公路工程中混凝土擋牆工程,也可適用於片石混凝土基礎、片石混凝土涵牆身、片石混凝土橋台等領域的混凝土工程。

3.4.2工程應用

    機製砂自密實片石混凝土主要應用於貴州地區高速公路擋土牆中。

    依托惠興高速公路惠鎮第七合同段第四工區樁號(K78+870~K78+876)段施工,模擬實際施工結構物,進行模擬施工試驗。根據現場原材料、施工環境和施工情況,提出C20超流態自密實混凝土的具體設計指標為:

    ①拌和物性能性能要求:(1)初始坍落度270±20mm,坍落擴展度>650mm;(2)2h後坍落度不小於250mm,坍落擴展度不小於500mm;(3)混凝土常壓泌水率≤1.0%;(4)混凝土初凝時間應不大於10h,終凝時間應不大於24h;(5)混凝土含氣量應小於4.0%;(6)T50時間不大於10s;(7)倒坍落度流出時間不大於10s。

    ②硬化混凝土性能要求:(1)混凝土抗壓強度7d≥15 MPa;28d≥25 MPa;(2)混凝土28d彈性模量應不小於3.0×104 MPa。

    通過檢測超流態自密實混凝土的初始坍落度和擴展度以及倒坍落度筒流出時間、強度等以及機製砂自密實片石混凝土的外觀質量、密實度、強度等,經試驗驗證和後期檢測,各項指標均達到或超出設計要求,並符合相關標準和規程的規定,施工質量較高而且施工速度較快,可大大降低成本。

 

圖9  機製砂超流態自密實混凝土

 

    機製砂自密實片石混凝土具有施工效率高、人工勞動少、工程質量高、施工管理水平高等特點。非常適合貴州地區高速公路擋牆的設計施工,也可在鐵路、水利、冶金、城建等部門推廣應用。目前機製砂自密實片石混凝土已在貴州惠新高速、畢威高速等工程得到廣泛的推廣應用。

3.5機製砂超高墩泵送混凝土

3.5.1概述

    泵送混凝土與一般混凝土主要區別在於其不僅要滿足設計要求的強度、耐久性等,還要有良好的工作性及可泵性,即拌合物在輸送管道中摩擦阻力小、粘聚性好,不離析、不堵管。尤其在大高差、長距離泵送條件下,原材料的選擇與質量控製和配合比設計是實現高墩泵送混凝土的良好工作性能的首要基礎[9]。

    對機製砂泵送混凝土,骨料級配不合理,細顆粒總量多,內聚性差,在管內作“柱塞”運動時,阻礙形成合適的潤滑層,導致流動阻力增加。因此機製砂超高混凝土提高可泵性的技術關鍵是增大混凝土內聚性,減小流動阻力。

3.5.2工程應用

    機製砂超高墩泵送混凝土主要應用於貴州赫章特大橋的施工建設中。

    赫章特大橋設計基準期為100年;設計等級為公路1級;橋梁總寬度共21.5m。橋區位於赫章縣城南東方向1km處,場區位於雲貴高原烏蒙山脈北段,海拔1492~1835m,屬暖溫帶季風潤濕氣候區,曆年最大風速28m/s,平均2.1m/s。災害氣候為幹旱、倒春寒、冰雹、凝凍。赫章特大橋主墩195m,為目前國內最高的橋墩,一次泵送。

圖10  赫章特大橋形貌

    根據工程要求,對赫章特大橋C50超高墩泵送混凝土提出如下基本性能要求:初始坍落度為180~220mm,擴展度≥550mm,T50≤20s;1h坍落度180~220mm,擴展度≥500mm,T50≤25s;混凝土常壓泌水率小於0.5%,不離析,低粘度;強度要達到相關標準和規範的要求。

    在理論分析和試驗研究的基礎上,采用如下配合比設計原則進行混凝土配合比設計:(1)控製總膠凝材料用量,不宜大於480kg/m3;(2)單摻或複摻適量的活性礦物摻合料,如粉煤灰或礦渣粉,摻量宜大於20%;(3)優選選用聚羧酸高性能減水劑,並嚴格進行水泥適應性 分析;(4)摻加適量引氣組分;(5)根據最緊密堆積理論,選擇合理的大小碎石比例,使其堆積密度最大,空隙率最小;(6)選擇優化配合比基本參數,使新拌混凝土具有較好的工作性能。

    機製砂超高墩泵送混凝土目前在貴州地區的應用量已超過5000m3。

3.6機製砂高強高性能混凝土

3.6.1概述

    C60機製砂高強高性能混凝土不僅要求其具有良好的可泵性,以及達到強度要求;此外考慮到混凝土的應用環境和耐久性,要求其為高性能混凝土。高性能混凝土在配製上的特點是采用低水膠比,選用優質原材料,且必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。概括起來說,高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土,能最大限度地延長混凝土結構的使用年限,降低工程造價[10][11]。

3.6.2工程應用

    六衝河特大橋位於黔織高速公路T2合同段內,該橋為195m+438m+195m雙塔預應力混凝土斜拉橋。主橋平麵均位於直線段,縱坡為±0.6%,中跨設R=50000米凸曲線,主梁斷麵為∏形梁,橋麵寬度24.1米,梁高2.7m,主梁頂板厚0.32m,設雙向2%橫坡。主橋橋在195m邊跨、438m中跨跨徑內設有合攏段,合攏段長度分別2.0m(28#段)、3.0m(28#段)。主梁設計采用C60機製砂高強高性能混凝土。

 

圖11  六衝河特大橋的實際形貌

     C60高強高性能混凝土的具體設計目標:

    (1)坍落度和擴展度:坍落度180~220mm,擴展度≥500mm;

    (2)坍落度保持性:1h坍落度損失不大於30mm,擴展度≥500mm;

    (3)抗壓強度:抗壓強度3d≥30MPa,7d≥55MPa,28d≥70MPa;

    (4)28d彈性模量:混凝土28d彈性模量應不小於3.5×104MPa;

 

                                                                         圖12 橋梁澆築部位上部主梁

    近年,隨著貴州交通基礎設施建設速度不斷加快,機製砂混凝土在交通基礎建設中大規模使用,特別是在高速公路中用的C50、C55和C60機製砂混凝土的大規模應用在橋梁關鍵部位。

    采用機製砂替代河砂配製C60高強混凝土,每立方米混凝土可節約85元。若C60機製砂高強混凝土在目前的貴州高速重大工程橋梁中應用,應用3萬立方米,可為工程項目直接節約資金255萬元。如果應用量進一步增大到10萬立方米,將會直接產生850萬元的經濟效益。可見,應用推廣C60高強機製砂混凝土可以為施工單位節約大量資金,具有可觀的經濟效益。

 

4.結論

    隨著工程需求與混凝土技術發展,目前,貴州地區已開發出係列石灰岩機製砂特種混凝土,並在眾多高速公路工程及其他行業領域中得到推廣應用,並取得了顯著的經濟、社會與環境效益。

 

    參考文獻

1、蔣正武,孫振平,梅世龍,楊誌剛.礦物摻合料對機製砂砂漿性能的影響,粉煤灰綜合利用,2006,10(99):17-19.

2、MEHTA P K,A5TCIN P C.Principles underlying production of high-performance concrete[J].Cement,Concrete and Aggregate,1990,12(2):70-78.

3、JIANG Zhengwu,SUN Zhenping,WANG Peiming.Autogenous relative humidity change and autogenous shrinkage of high-performance cement pastes[J].Cement and Concrete Research,2005,35(8)1539-1545.

4、徐健,蔡基偉,王稷良,等.人工砂與人工砂混凝土的研究現狀[J].國外建材科技,2004,25(3):20-24.

5、蔣正武,李享濤,孫振平,王培銘.鋼管拱自密實混凝土的配製與應用[J].建築材料學報,2010.,13(2):203-209.

6、Zhengwu Jiang,Shilong Mei.Properties of Self-Compacting Concrete with Machine-Made Sand and High-Volume Mineral Admixtures[J].The Open Construction and Building Technology Journal,2008,2,96-102.

7、梅世龍,蔣正武,孫振平,骨料對自密實混凝土性能的影響[J].建築技術,2006,38(1):53-55.

8、蔣正武,石連富,孫振平.用機製砂配製自密實混凝土的研究[J].建築材料學報,2006.4,10(2):154-160.

9、陳俊生,等.泵送混凝土工作性能試驗研究和模擬計算研究進展[D]//...

10、A.Neveille,P-C. Aitcin.High performance concrete-Anoverview[J].Materials and Structures,

Vol.31, March1998, pp.111-117

11、W.F.Price.High-strength concrete,[J].concrete,June,1999,pp.9-10.

                                

                中國砂石協會

            2013年-03月-01日

 
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