淺談機(jī)制砂替代河砂用于高標(biāo)號(hào)混凝土的可行性

劉三豆，歐 寧，林 旭

(1.湖南路橋建設(shè)集團(tuán)公司，湖南長(zhǎng)沙 410004;2.湖南省吉茶高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司，湖南吉首 416000)

1 工程概述

湖南省吉首至茶洞(簡(jiǎn)稱(chēng)吉茶)高速公路是國(guó)家高速公路網(wǎng)包頭至茂名高速公路的重要組成部分，也是湖南省規(guī)劃的“五縱七橫”高速公路網(wǎng)的重要組成部分。線路起于湘西土家族苗族自治州首府吉首市，路線沿湘川公路(319國(guó)道)走向，途經(jīng)吉首矮寨盤(pán)山公路，終于湘黔渝三省(市)交界處的“邊城”茶洞鎮(zhèn)。為我省典型的山區(qū)公路，全線橋梁隧道比重大，主線長(zhǎng)65 km，項(xiàng)目總投資50.6億元。

吉茶高速所處湘西自治州為我省典型的山區(qū)地形，有豐富的堅(jiān)石資源，流經(jīng)吉首境內(nèi)的峒河河砂資源稀缺，工程用砂來(lái)自于岳陽(yáng)和懷化辰溪。由于天然河砂產(chǎn)地遠(yuǎn)，矮寨盤(pán)山公路制約材料運(yùn)輸，使得工程用砂供應(yīng)不足和不及時(shí)的矛盾日益突出，導(dǎo)致河砂價(jià)格越來(lái)越高且無(wú)法滿(mǎn)足吉茶高速用量的要求，大幅地加大了吉茶路的建設(shè)成本，極大地制約了工程建設(shè)的持續(xù)發(fā)展。為此，吉茶公司在全省高速公路系統(tǒng)中率先提出用機(jī)制砂代替河砂運(yùn)用于高標(biāo)號(hào)混凝土的方案，吉茶公司總工室、材料部牽頭，由我部吉茶高速15標(biāo)對(duì)機(jī)制砂進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，初步證明機(jī)制砂代替河砂用于高標(biāo)號(hào)混凝土的方案可行，再經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)院和有關(guān)專(zhuān)家的一系列實(shí)驗(yàn)論證，得出機(jī)制砂代替河砂運(yùn)用于高標(biāo)號(hào)混凝土技術(shù)指標(biāo)可行，且符合吉茶路實(shí)際情況，最后此方案得以通過(guò)。梁板靜載實(shí)驗(yàn)和樁基檢測(cè)實(shí)驗(yàn)合格也進(jìn)一步證明機(jī)制砂代替河砂運(yùn)用于高標(biāo)號(hào)混凝土切實(shí)可行。

2 機(jī)制砂混凝土工作性能的認(rèn)識(shí)

1)石粉含量多少影響機(jī)制砂水泥砂漿的耐磨性和用水量:經(jīng)試驗(yàn)得出破碎生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)制砂石粉(粒徑 ＜0.075 mm)含量在10% ～20%，石粉含量小于10%時(shí)，機(jī)制砂的耐磨性要好于天然河砂，石粉含量大于10%時(shí)，機(jī)制砂的耐磨性要差于天然河砂。混凝土的需水量隨著石粉含量的增加而增加，當(dāng)石粉含量介于5% ～10%時(shí)，用水量不必增加很多也可以保持工作性。要將機(jī)制砂石粉幾乎除凈，這會(huì)增加生產(chǎn)難度，提高生產(chǎn)成本，從混凝土耐磨性和生產(chǎn)成本考慮，認(rèn)為機(jī)制砂石粉含量在3%～7%比較適宜，且適合用于對(duì)耐磨性要求較高的路面混凝土中，橋涵及其它結(jié)構(gòu)物混凝土從耐磨性考慮對(duì)石粉含量可適當(dāng)放寬要求。

2)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度:經(jīng)過(guò)一系列的大量試驗(yàn)證明，在同一原材料配合比試配時(shí)用機(jī)制砂代替河砂能取得混凝土某些工作性能的改善。見(jiàn)表1，在對(duì)比試驗(yàn)中，明顯發(fā)現(xiàn)同樣材料的配合比，使用機(jī)制砂混凝土的坍落度明顯比使用河砂的混凝土偏大，但是強(qiáng)度較之高了很多，而且密實(shí)效果比河砂混凝土要好。綜上所述:使用機(jī)制砂代替河砂的技術(shù)不但提高混凝土的強(qiáng)度，加快早期強(qiáng)度的提升速度，為后續(xù)施工提供有利的保障，而且還可以節(jié)約成本。但值得注意的是:機(jī)制砂混凝土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物的外觀還存在不足，如果不注意施工細(xì)節(jié)，將會(huì)產(chǎn)生不良的后果。

3)機(jī)制砂混凝土體積穩(wěn)定性:機(jī)制砂混凝土收縮隨水灰比、石粉含量增加而增大，因?yàn)槭哿吭酱螅杷繒?huì)越大，這就增加了混凝土的收縮性。機(jī)制砂混凝土早期齡期干縮值要比天然砂混凝土大，但后齡期干縮值相差不大，為了降低混凝土收縮的不利影響，機(jī)制砂混凝土一定要注意早齡期的養(yǎng)生，建議摻入適當(dāng)?shù)姆勖夯铱梢愿纳茩C(jī)制砂混凝土的干縮性能。

4)機(jī)制砂的耐久性和抗?jié)B性:由于機(jī)制砂顆粒形狀粗糙、尖銳、多棱角、比表面積大，但機(jī)制砂中的適量的石粉填充了顆粒空隙，阻斷了透水通道，使混凝土結(jié)構(gòu)更為致密，它的存在對(duì)完善混凝土的細(xì)集料級(jí)配、提高混凝土密實(shí)性都有益處，比天然砂混凝土具有更好的粘聚性和抗?jié)B性，適用于有防水、防滲要求的工程。當(dāng)石粉含量大于5% ～7%時(shí)，對(duì)抗?jié)B性影響不大。

5)如果機(jī)制砂石粉中混有過(guò)多的泥粉、雜質(zhì)，則會(huì)嚴(yán)重降低混凝土的工作性、抗收縮開(kāi)裂及抗凍性，不利于機(jī)制砂混凝土的高性能化。

表1 C50河砂和機(jī)制砂混凝土對(duì)比

3 機(jī)制砂的選用

機(jī)制砂混凝土較河砂混凝土在局部性能方面有一定的優(yōu)越性，但得因地而用。

1)有合格質(zhì)量河砂的地區(qū)需首選河砂配置混凝土，缺乏河砂且有合格機(jī)制砂的地區(qū)宜使用機(jī)制砂。

2)河砂是經(jīng)過(guò)地質(zhì)、流水等長(zhǎng)期作用而形成，使其本身就具備了合格的強(qiáng)度，而機(jī)制砂是由巖石通過(guò)機(jī)械破碎而成，強(qiáng)度完全取決于巖石本身。經(jīng)過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)貛追N巖石和工程常見(jiàn)具有代表性的巖石抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)得出:頁(yè)巖、泥灰?guī)r、砂巖強(qiáng)度過(guò)低，不適合用于軋制機(jī)制砂，而當(dāng)?shù)厝躏L(fēng)化灰?guī)r巖性堅(jiān)硬，沿線分布廣泛，強(qiáng)度適中便于軋制，是很好的機(jī)制砂母巖材料，花崗巖和石英巖強(qiáng)度過(guò)高，開(kāi)采困難，不利于機(jī)械軋制，不宜使用。見(jiàn)表2。

表2 當(dāng)?shù)貛追N巖石的抗壓強(qiáng)度

4 機(jī)制砂混凝土施工時(shí)應(yīng)注意點(diǎn)

機(jī)制砂混凝土在拌制、運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)等施工要求與天然砂混凝土施工要求基本相同，但應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

1)保證機(jī)制砂的質(zhì)量穩(wěn)定。加強(qiáng)機(jī)制砂的級(jí)配、細(xì)度模數(shù)、石粉含量、石質(zhì)強(qiáng)度的經(jīng)常性檢測(cè)，不同來(lái)源地機(jī)制砂應(yīng)分別堆放，對(duì)于同一來(lái)源的機(jī)制砂如果細(xì)度模數(shù)、石粉含量變化范圍較大，也應(yīng)分別堆放，并調(diào)整配合比中的砂率后使用。

2)加強(qiáng)機(jī)制砂混凝土的拌合。機(jī)制砂含有較多的石粉，在拌制過(guò)程中不易攪拌均勻，應(yīng)用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌，相比河砂應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間約60 s，使石粉和砂礫拌合均勻，充分發(fā)揮機(jī)制砂的和易性和粘聚性。

3)加強(qiáng)機(jī)制砂混凝土拌合物的質(zhì)量控制。機(jī)制砂混凝土的工作性對(duì)用水量和減水劑以及級(jí)配、石粉含量的變化較敏感，故應(yīng)定期校核計(jì)量設(shè)備，嚴(yán)格控制計(jì)量精度，加強(qiáng)機(jī)制砂的質(zhì)量檢查，加大坍落度的檢測(cè)頻率。

4)合理振搗，防止漏振、欠振和過(guò)振。特別應(yīng)注意的是，在振搗作用下，機(jī)制砂混凝土比河砂混凝土易于液化，故機(jī)制砂混凝土要比同塌落度的河砂混凝土適當(dāng)縮短振搗時(shí)間，避免過(guò)振，以克服機(jī)制砂混凝土的泌水現(xiàn)象，防止出現(xiàn)蜂窩、麻面及表面形成疏松層。工程實(shí)踐表明機(jī)制砂混凝土較河砂易于液化主要原因是由于混凝土在過(guò)振情況下，粗集料下沉，細(xì)集料尤其是石粉浮于混凝土表面，從而破壞了混凝土集料級(jí)配分布，易出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。

5)加強(qiáng)早期養(yǎng)生，適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)生時(shí)間。由于機(jī)制砂石粉含量較高，早期收縮大，一定要澆筑后及時(shí)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期9～10 d為宜。

6)機(jī)制砂的表觀密度一般較天然河砂大，導(dǎo)致機(jī)制砂混凝土容重高，因此在采用假定容重法進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，不宜套用天然河砂的密度，而應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)求得的機(jī)制砂密度，機(jī)制砂混凝土的假定容重應(yīng)控制約比相應(yīng)的天然河砂混凝土高30～40 kg/m3。

5 機(jī)制砂混凝土的優(yōu)越性

1)抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、梁板靜載實(shí)驗(yàn)等結(jié)果表明，機(jī)制砂混凝土能夠確保高速公路工程質(zhì)量。混凝土試塊強(qiáng)度合格、表面平整、光滑，滿(mǎn)足混凝土內(nèi)在質(zhì)量和外在觀感。

2)由于機(jī)制砂料場(chǎng)分布在高速公路沿線，從而大大縮減了運(yùn)輸距離，降低了運(yùn)輸成本，基本杜絕了停工待料等因材料供應(yīng)不及時(shí)的窩工現(xiàn)象，加快了施工進(jìn)度。

3)機(jī)制砂混凝土能大大降低工程成本，以一片30 m T梁為例，混凝土方量為33.14元/m3，按配合比計(jì)算機(jī)制砂約為14.3元/m3，岳陽(yáng)天然河砂到岸價(jià)為320元/m3，機(jī)制砂到岸價(jià)為80元/m3，一片C50 T梁就節(jié)省3 432元，吉茶C15標(biāo)共計(jì)310片T梁，那么共計(jì)節(jié)約1 063 920元，直接經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

6 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)制砂替代天然河砂必將成為缺砂地區(qū)建筑用砂的重要來(lái)源，如何選擇合適石粉含量的機(jī)制砂用于配置混凝土以及如何更有效地去除雜質(zhì)等問(wèn)題還將有待進(jìn)一步研究和規(guī)范(吉茶高速公路機(jī)制砂廠去除石粉、雜質(zhì)主要用水洗法，這樣會(huì)大量浪費(fèi)和污染水資源，同時(shí)洗掉的還有 0.015，0.3，0.6 mm 的級(jí)配顆粒，破壞機(jī)制砂的級(jí)配，導(dǎo)致混凝土工作性差)。

［1］GB/T14684－2001，建筑用砂［S］.