黏土對水泥膠砂流動度的影響及處治措施研究

李倍安 林運飛

文章在公路工程工地試驗室（乙級母體資質）環境下通過改進的水泥膠砂流動度試驗，驗證黏土成分對水泥膠砂流動度的影響，并結合高速公路建設項目試驗檢測及原材料管理經驗，提出降低影響的相關處治措施。

粗集料;黏土;含泥量;流動度

U416.216A110332

0?引言

在廣西龍靖高速公路的建設過程中，黏土成分主要來源于粗集料。因粗集料的生產采用的是機械濾篩、鄂式破碎機加反擊式破碎機這類常規的“一濾兩碎”生產線，在陰雨天氣中，母巖表面的黏土塊黏性較大，使該類型生產線難以過濾干凈，容易造成集料含泥量超標。而不合格集料投入生產，所引入的黏土有可能造成水泥膠砂漿體的流動性降低，工程實體可能產生蜂窩麻面，嚴重的將會影響工程實體質量。

本文將通過改進的水泥膠砂流動度試驗，驗證黏土成分對水泥膠砂的影響。黏土成分主要來源于水泥混凝土生產所采用的粗集料，設置一組以粗集料含泥量（百分比）為自變量（單一變量）、以水泥膠砂流動度數值結果為因變量的試驗組;而因粗集料破碎生產過程會產生石粉，為排除石粉對水泥膠砂流動度的影響，設置一組以石粉替代黏土的對比組。

1?工程概況

1.1?基本情況

廣西龍靖高速公路（通往靖西市龍邦口岸）主線K5+000～K33+301，長約28.301 km。全線設置地州、龍邦互通式立交2處，隧道6處，大橋6處，龍邦服務區1處、靖西養護工區1處（與靖西高速管理所合建）。主線按雙向四車道高速公路標準建設，設計時速為100 km/h，路基寬度為24.5 m，采用瀝青混凝土路面。橋梁與路基同寬，設計荷載等級為公路-Ⅰ級。

1.2?原材料需求及生產情況

C30水泥混凝土總需求量約為22萬m3，用于C30水泥混凝土的0～4.75 mm規格細集料總量約為18萬t，5～30 mm三檔規格粗集料總量約為24萬t，所需要的聚羧酸外加劑約為1 200 t。共有3條二級破碎生產線為龍靖高速公路生產供應有關原材料。

在龍靖高速公路建設項目中，由于開挖工藝、開挖部位、場內轉運及雨天采集等原因，母巖雜質含量往往偏高，且經過機械篩仍未能有效篩除，最終導致集料成品含泥量超出《公路橋涵施工技術規范》JTG/T F50-2011中的規定：用于C30以下的水泥混凝土粗集料含泥量≤1.5%;C30～C60情況下宜≤1.0%;C60標號以上的則≤0.5%。

2?試驗方案

2.1?試驗準備

試驗設備：截錐圓模、玻璃板、水泥膠砂攪拌機、烘箱、1%天平及其他試驗附屬配件。

原材料：華潤牌PO 42.5普通硅酸鹽水泥、在粗集料中提取的經研磨過篩的黏土干粉末、在機制砂中提取的石粉（過0.075 mm方孔篩，取篩余部分）、YZ-1型聚羧酸減水劑及拌合站攪拌用水。

2.2?試驗流程

試驗流程采用國家標準GB/T2419-2005水泥膠砂流動度測定方法，但為達到試驗目的，需要對標準進行適當調整，相關調整事項如下：

（1）試驗組中粗集料所含的黏土成分，取自陰雨天氣時集料生產線機械篩未能篩除的附著于母巖上的黏土塊。黏土塊需要經過烘箱干燥、研磨并經過0.075 mm方孔篩過濾，取篩余部分。

（2）為排除粗集料生產過程所產生的石粉的影響，設置一組對比組，采用石粉替代黏土粉末，摻入量與黏土粉末一致。石粉采集于機制砂中，經過烘箱干燥及0.075 mm方孔篩過濾，并取篩余部分。

（3）在本試驗中，因混合料中需要摻入本項目專用配方的YZ-1型聚羧酸減水劑，試驗漿體有足夠流動性，故取消試驗標準中規定采用的電動跳桌。

（4）PO 42.5水泥的標準稠度用水量需要通過額外標準試驗測定，按照外加劑檢定的減水率根據摻入量計算，對用水量進行相應扣除（該試驗在本文中不展開贅述）。

（5）設定粗集料含泥量（對比組為石粉摻入量）為自變量，水泥膠砂流動度值為因變量。

試驗主要控制點如下：

（1）本試驗根據項目內通用的普通C30水泥混凝土配合比進行計算，配合比為水泥（kg）：水（kg）：細集料（kg）：粗集料（kg）：外加劑（kg）=360：162：816：1 082：5.4。需要注意的是，生產中配合比各成分的投入量是固定的，即粗集料中黏土成分增加，粗集料自身重量是減少的，其總值為1 082 kg。

（2）該試驗設計為6組，黏土摻入量分別按0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%逐級遞增，換算結果如表1所示。

（3）為了增加拌合料的均勻性，拌合料按照水泥500 g用量進行配置。

（4）黏土粉末提前與水泥進行攪拌，最后加入水與外加劑的混合物，以模擬混凝土攪拌站生產流程。

（5）測定水泥膠砂流動度值，并與粗集料含泥量一并繪制曲線圖。

2.3?試驗結果

通過改進的水泥膠砂流動度試驗，經摻入粗集料生產線母巖周邊所抽取的黏土，驗證粗集料所附帶的黏土成分對膠砂流動度的影響，其結果如表2和圖1所示。

根據圖1可以看出：

（1）試驗組中隨著粗集料含泥量的增加，直接導致水泥膠砂流動度快速降低，水泥膠砂流動度與黏土成分含量關系為負相關。

（2）對比組中隨著石粉含量的增加，直接導致了水泥膠砂流動度的降低，但降低的變化量明顯小于試驗組試驗結果，水泥膠砂流動度與石粉成分含量關系也為負相關。

（3）試驗組及對比組試驗結果變化趨勢方向相同，對比組變化率明顯小于試驗組。因此，對于對比組排除石粉成分影響的設定可行，該試驗結果有效。

3?處治措施建議

為保證工程質量指標滿足規范要求，確保工程實體質量，需要解決生產過程中引入的黏土成分，以下為處治措施建議：

（1）生產者應高度重視石場母巖開采的選擇，采石場爆破后，可觀察到母巖表觀是否干凈無雜質，對巖石雜質夾層較為明顯的巖體部位，應當予以摒棄。

（2）因黏土成分在潮濕狀態下具有較強粘附力，二級破碎生產線的預篩較難對其進行篩除，項目管理者應嚴格禁止陰雨天氣開展備料工作。

（3）施工單位應結合已制定的施工組織計劃，對生產相關負責人進行技術交底，提供及時、準確的進度信息，確保開采備料工作能有效避開施工高峰期，有利于生產質量的控制。

（4）試驗檢測人員在拌合站儲料倉對集料進行抽檢前，應該安排裝載機對艙內集料進行翻轉攪拌，使其顆粒成分均勻分布，確保抽檢試驗結果真實可靠。

（5）在拌合站內，應嚴格控制裝載機料斗裝載起點線處于清倉線以上，定期安排專職管理人員對裝載機操作員進行考核。出現不合規操作的行為要及時發現并糾正，避免將清倉線以下的黏土粉末送入攪拌機。料倉清空后應及時清理清倉線以下的粉末廢料。

（6）加強現場管控，到場的混凝土如工作性能指標不滿足施工要求的，應禁止使用，拌合站重新調整出料后再進行澆筑。禁止任何在施工現場自行添加其他物質來調整混凝土工作性能的行為。

4?結語

本文試驗結果表明：黏土成分對水泥膠砂流動度的影響是負相關的。在生產過程中，良好的工程實體質量需要具備工作性能良好的水泥漿體，生產者應從生產的各個環節進行嚴格管控，不斷提高管理水平，不斷提高管理者的責任擔當。不僅要實現生產全過程的標準化，也要實現生產全過程的精細化。

[1]JTG/T F50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].

[2]JTG E42-2005，公路工程集料試驗規程[S].

[3]JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程[S].

[4]GB/T8077-2012，混凝土外加劑均質性試驗方法[S].

[5]GB/T2419-2005，水泥膠砂流動度測定方法[S].

[6]GB/T1346-2011，水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法[S].

[7]蔣正武，梅世龍，康厚榮.貴州機制砂高性能混凝土工程應用[M].北京：人民交通出版社，2015.