機制砂在混凝土路面中的應用性研究

魏道凱

摘要： 本文從機制砂的生產工藝入手，分析了機制砂性能與工藝的關系，具體介紹了機制砂在路面工程應用中的控制指標及應用效果。

Abstract： Starting from the production technology of machine-made sand， this paper analyzes the relationship between the performance and technology of machine-made sand， and specifically introduces the control index and application effect of machine-made sand in the application of pavement engineering.

關鍵詞： 機制砂;混凝土路面;應用

Key words： machine-made sand;concrete pavement;application

中圖分類號：U414? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）04-0180-03

0? 引言

河砂顆粒圓滑，級配良好，比較潔凈，在混凝土中作為細集料得到了廣泛應用。近期英國《自然》雜志發表的評論，稱目前河砂的采掘速度，已經超過了其自然恢復的速度。隨著國內環境保護力度的加強，很多河流已禁止河砂的開采。為解決河砂短缺的現狀，在混凝土施工中采用機制砂代替河砂已是刻不容緩。

1? 機制砂與河砂在混凝土工作性能不同

河砂是天然石在水的長時間反復沖撞、摩擦作用下，形成的有一定質量標準的建筑材料，在混凝土中應用時間長，質量穩定。機制砂是碎石、卵石通過制砂機和其它附屬設備加工而成的砂子。通過實驗，機制砂的堅固性能遜于河砂，但滿足混凝土原材料的相關質量標準。同等條件下，機制砂混凝土的和易性遜于河砂混凝土，為增強混凝土和易性，可采用摻加外加劑、增大砂率、增加用水量的方式解決。

2? 機制砂的生產工藝

機制砂的生產工藝有干法和濕法、半干法三種兩種。要求加工的機制砂顆粒級配穩定，粒形可根據工藝改善，形狀與天然砂相近。常規的工藝如圖1-圖2。

半干法施工工藝介于干法和濕法生產工藝之間，對骨料進行沖洗，機制砂不經過洗砂機進行清洗。

3? 青蘭高速（魯冀界）一合同混凝土路面工程機制砂生產工藝

機制砂用于國高青蘭線東阿界至聊城（魯冀界）段高速公路施工一合同的收費廣場、服務區、停車區的混凝土面層，設計混凝土彎拉強度等級為5.0MPa。為保證混凝土的施工質量，增大機制砂棱角，減少針片狀含量，在傳統制砂工藝的基礎上增加了機制砂顆粒整形工藝。顆粒落入料斗，進入旋轉的葉輪內加速，然后射出，與反彈自由下落的另一部分物料進行撞擊，一起沖擊到整形機內壁上的襯板上，物料撞擊形成連續的物料幕，最后經由排料口排出。在整形機內顆粒互相高速碰撞摩擦、研磨可以破碎變小，顆粒棱角被磨圓，減少針片狀含量，顆粒的形狀更與河砂接近。

4? 機制砂性能指標

4.1 機制砂關鍵控制指標

4.1.1 粗糙度/s

經過顆粒整形工藝的高品質機制砂粒型較普通機制砂更接近球體，經過顆粒整形工序后其表面粗糙程度降低，棱角更加圓潤，使得粗糙度指標低于普通機制砂。

4.1.2 球體類似度

通過對砂顆粒取樣，采集數碼影像，將影響處理為平面圖形，用軟件對圖形進行分析，計算球體類似度，經過顆粒整形工藝的高品質機制砂的球體類似度與河砂數值接近。

4.1.3 含泥量與石粉含量

①機制砂含泥量宜小于0.5%。機制砂應采用水洗碎石，后破碎制砂的施工工藝目的為嚴格控制機制砂中的含泥量。

②機制砂的石粉含量不應小于5%，宜在10%至15%之間，但不應大于20%。機制砂應進行亞甲基藍實驗，檢測值不應小于1.0。

4.2 本項目機制砂基本指標見表3

5? 機制砂在水泥混凝土路面中的應用

5.1 機制砂混凝土配合比的注意事項

①機制砂由于顆粒表面粗糙、級配不良、粒形尖銳，易造成混凝土和易性差，應摻加礦粉改善機制砂混凝土的工作性能，本配合比礦粉的摻量是水泥用量的10%。

②砂率低時，機制砂混凝土易出現離析現象，本配合比在天然砂混凝土砂率的基礎上適當提高，按經驗選取砂率為40%（天然砂混凝土砂率的經驗值在38%）。

③機制砂混凝土易出現離析、泌水現象，在滿足混凝土塌落度要求的前提下，應摻加減水劑，降低用水量。本配合比采用NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑，摻量為1.6%，減水量為28%。

5.2 本項目配合比設計

①本項目設計要求28天彎拉強度為5.0MPa，配制28天彎拉強度均值為6.0MPa。

②配合比采用濟南魯平建材有限所產粗集料，最大粒徑為31.5mm;細集料采用東阿尚倫所產機制砂;水泥為東阿山水東昌水泥有限公司所產“山水東岳”P.042.5水泥;采用山東華偉銀凱建材科技股份有限公司產的NOF-AS聚羧酸系高性能減水劑;采用東阿縣永固礦渣微粉有限公司所產礦粉。

③根據施工要求，確定混凝土的塌落度為20-40mm，經過計算、試拌、28天抗折強度，確定的配合比為：水泥：砂：碎石：水：減水劑：礦粉=392：742：1113：137：6.272：39，28天抗折強度為7.76MPa。

④對混凝土依據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（JTG E30-2005）進行檢測，耐磨性技術指標要求≤3.0，機制砂混凝土實際檢測結果為1.784，符合《公路水泥混凝土路面施工技術細則》（JTG/T F30-2014）中高速、一級公路等級耐磨性的技術要求。用河砂代替機制砂，其余原材料和配合比不變，混凝土耐磨性檢測結果為1.664，河砂混凝土的耐磨性指標優于機制砂混凝土。

6? 結束語

國高青蘭線東阿界至聊城（魯冀界）段高速公路已于2019年10月通車，采用機制砂施工完成的混凝土路面無斷板現象，抗折強度滿足規范要求，機制砂在水泥混凝土路面中的應用取得了成功。

經過實驗，河砂混凝土路面的耐磨性優于機制砂混凝土路面。對于路面混凝土所采用的機制砂，應增加顆粒整形工藝使其粗糙度指標和球體類似度與河砂相似。增加礦粉用量會提高混凝土的強度和和易性，但會降低混凝土路面的耐磨性，機制砂混凝土路面的礦粉摻量不宜超過水泥用量的10%。

參考文獻：

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