人工混合砂在轨道交通工程混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 1年第 9期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 77 文章 编 号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 7 7 0 3 人工混合砂在 轨道 交通 工程混凝土 中的应用研究 秦 明强 。 ， 朱瑶宏 ， 李进辉 ， 占 文 ， 屠柳 青 ( 1 中交武汉港湾工程设计研究 院有限公司 ， 武汉4 3 0 0 4 0 ； 2 长大桥梁建设施工技术 交通行业 重点实验室 ， 武汉4 3 0 0 4 0 ； 3 宁波市轨道交通工程建设指挥 部 ， 浙江 宁波3 1 5 0 0 0 ) 摘 要 ： 通过 试验 对 比 ， 研 究 了人 工混 合砂 、 天 然砂 对轨 道 交通 工 程 C 3 5 P I O防水 混 凝 土性 能 的 影 响 。结 果表明： 选取合适比例人工混合砂配制 出的混凝土工作性能、 早期抗压强度 、 抗渗性能和碳化性能均优 于天然中砂 混凝土， 后期抗压强度和干缩性能稍逊 于天然 中砂混凝土。人工混合砂可替代 天然砂用于 配 制 轨 道 交 通 工 程 C3 5 P I O防 水 混 凝 土 。 关 键 词 ： 轨 道 交通 混 合砂 高性 能混凝 土 配制 中 图分类 号 ： T U 5 2 8 0 4 1 ； T U 5 2 8 3 2文 献标 识码 ： B 随着我国基础建设的高速发展 ， 混凝土用量巨大 ， 消耗了大量的天然砂石资源。 目前 ， 天然砂 资源 日趋 匮乏 ， 质量 日益下降， 而且 价格大幅上涨 ， 进而导致混 凝土用砂供需矛盾 突出， 甚至影 响了混凝土质量。机 制 砂和 人工 混合 砂 能 在 一定 程度 上 缓 解 这 一 矛 盾 ， 并 且 能有 效利 用石 场 开采 的废 弃物 。机制砂 是 指 由机械 破碎 、 筛分制成的 ， 粒径小于 4 7 5 m m的岩石颗粒 ， 但 不包 括 软质 岩 、 风 化 岩 的颗 粒 。混 合 砂则 是 指 由机 制 砂 和天 然砂 混合 制 成 的砂 。 机 制砂 颗 粒 表 面 粗 糙 、 尖 锐多棱角 、 细度模数大 、 级配不 良、 堆积空 隙率高 。 ， 配 制 出 的混 凝 土易 出现 和易 性差 、 离 析泌 水 、 后期 强度 低 、 外观质量不好等系列 问题 。若配以一定 比例 的天 然砂 制 成混 合砂 后 ， 能在 一定 程度 上 缓解 。 宁 波市 轨道 交通 工程 1号线 一期 起 于市 区西部 的 高桥镇 ， 终于东外环路 站， 线路全长 约 2 1 0 0 k m。设 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 3 - 1 1 ； 修回 日期 ： 2 0 1 1 - 0 5 1 4 基金项 目： 宁波市重大科技攻关项 目资助 ( N o 2 0 1 0 C 5 0 0 1 8 ) 作者简介 ： 秦 明强 ( 1 9 8 O 一) ， 男 ， 湖北公安人 ， 工程师 。 车站 2 O座 ， 其 中地 下站 1 5座 ， 高架 站 5座 ， 主 体结 构 设计 基 准期 为 1 0 0年 。本 工程混 凝 土方量 约 为 1 0 0万 IT I ， 预计需要用砂约 7 5万 t 。宁波附近缺少淡水砂资 源 ， 如采用当地海砂配制混凝土， 混凝土 中初始氯离子 浓度满足不 了规 范要求 ， 势必影 响混凝 土的耐久性。 目前 混凝 土用 砂 基本 采用 福建 闽江 和江 西赣 江 天然河 砂 ， 河 砂 供需 矛盾 突 出且 价格 较高 。 同时 ， 宁波本 地石 料场 较 多 ， 有 较 为充 足 的机制砂 资 源 。因此 ， 如何 采用 机制砂和天然河砂混合配制出满足工程需要 的混凝土 是一 个 亟待解 决 的 问题 。本 研 究 主 要 针 对 以上 情 况 ， 研究 人工 混合 砂 配制 轨道 交通 工程 混凝 土 的可行 性 。 1 主要原材 料及试验方法 1 1主 要原材 料 水 泥选用 余 姚舜 江 P 0 4 2 5普通 硅酸 盐水 泥 ， 标 准稠 度用 水量 2 6 8 ， 比表面 积 3 6 0 m k g ， 2 8 d抗压 强度 4 5 2 MP a ； 粉 煤 灰 选 用 宁 波 北 仑 电厂 级 粉 煤 灰 ， 细度 1 1 1 ， 需水量 比9 9 2 ； 矿粉选用宁波港新 $ 9 5级 矿粉 ， 比表 面积 4 0 0 m k g ， 2 8 d活性 指数 9 6 ； 2 ) 冬季 施 工 中 ， 先 期 在 桅 杆 顶 部 安 装 热 风 机 ， 采 用热风吹向电缆 ， 但 由于热风机的功率受限， 同时电缆 提升 速度 较快 ， 效果 不 大 理 想 。后 改 为在 桅 杆 上 设 置 了三处清洗泥浆 的滚轴 ， 进行清洗 ， 当少量水结冰后 ， 采用人工清除 ， 一般 2 4 h内清除一次 ， 效果较好 。 参 考 文 献 1 胡春环 ， 胡小锋 ， 方晓瑞 液 压双 轮铣 与液压抓 斗 的技 术 比 较 J 华北水利水 电学 院学 报 ， 2 0 0 8 ， 2 9 ( 2 ) ： 4 3 4 5 2 尉胜伟 复杂地质条 件下超 深基坑 地连墙 成槽施 工技 术研 究 J 铁 道建筑 ， 2 0 1 0 ( 1 2 ) ： 5 1 - 5 4 3 陈怀伟 杭 州地区地 下连续 墙施 工工 艺研究 D 上 海 ： 同 济大学 ， 2 0 0 8 4 田宪 国 复杂条件下 地铁车 站深基 坑开挖 围护结 构与施 工 技术研究 J 铁道建筑 ， 2 0 1 0 ( 6 ) ： 6 1 6 3 5 李建高 ， 王长虹 超深地下 连续 墙槽壁稳定性分析与施 工措 施 J 隧道建设 ， 2 0 1 1 ， 3 1 ( 1 ) ： 5 7 3 5 ( 责任审编赵其文) 7 8 铁道建筑 石 子选 用 宁 波 新 欣 52 5 mm 碎 石 ， 表 观 密 度 2 6 3 5 k g m 、 针片状含量 3 8 、 压碎值 4 1 ； 外加剂选用 中交武港院聚羧酸减水剂 ， 减水率 2 5 2 。 天然砂为福建闽江砂 ， 具体性能指标见表 1 ； 机制 砂为宁波半浦石场生产 ， 具体性能指标见表 2 。 表 1试验用天然砂主要技术指标 1 2试 验 方法 混凝土电通量 、 抗 水渗透性能 和碳 化试 验按 普 通混凝土长期性能和耐久性试验方法 ( G B T 5 0 0 8 2 - 2 0 0 9 ) 的相关 方法 进行 。 2试验结果与讨论 本研究 主 要 以工程 中用 量较 大 的 C 3 5 P I O防水 混 凝土为例进行试验 。C 3 5 P I O防水混凝土配制时要求 具有 良好的工作性 、 抗渗性 、 抗裂性和耐久性能 ， 具体 指标 要求 见表 3 。 目前 C 3 5 P I O防水 混凝 土配 制一 般采 用 大掺 量矿 物掺合料 ( 单掺粉煤灰 或粉煤灰 和矿粉双掺) 和高效 减水剂的配制技术 ， 部分工程中掺人膨胀剂 、 抗裂防水 剂或纤维来提高其抗渗性 。同时， 通过控制胶材用量 来降低水化热 ， 降低水胶比来提高密实性 ， 控制砂率来 提 高体 积稳定 性 。 表 3 C 3 5 P I O防水混凝土配制技术指标 试 验 中选取 轨 道交 通工 程 中较 为常 用 的 C 3 5 P I O 防水混凝土配合 比( N J 一 5 ) 作为基准配合 比， 将机制砂 和天然砂按照不 同比例( 1 0 0 ： 0 ， 8 0 ： 2 0 ， 6 0 ： 4 0 ， 4 0 ： 6 0 ， 0 ： 1 0 0 ) 混合 ， 通过外加剂掺量调节 ， 使混凝土坍落度达 到 1 8 0 2 0 0 m m， 具体试验 配合 比见表 4 。表 中胶材 用量采用双掺 ， 水泥： 粉煤灰： 矿粉 = 5 ： 3 ： 2 。考虑到机 制砂的级配不如混合砂 ， 细颗粒相对较少 ， 对砂率进行 适当的调整。机制砂用量愈多 ， 砂率愈大 ， 全用机制砂 时砂 率取 4 6 ， 全天 然砂 时砂 率 4 0 。试 验 主要测 试 混凝土的工作性能、 抗压强度 、 抗渗等级和相关耐久性 指标 ， 并进行对比分析 。 表 4试验用配合 比 k g m 2 1 工 作性 能 由表 5可知 ， 人工混合砂较天然河砂、 全机制砂混 凝土工作性能均有一定的改善。与天然河砂 相 比， 人 工混合砂中机制砂的掺入使得混凝土的坍落度和扩展 度 增大 ， 主 要 由于机 制砂 中含 有一 定量 的石 粉 ， 可增 加 混凝土 中浆体量 ， 改善了工作性能 ， 在一定程度上缓解 了掺入 矿粉 后混 凝 土 发 黏 的 问 题 。另 外 ， 与全 机 制 砂 相 比 ， 人工 混合 砂解 决 了全 机 制 砂混 凝 土 易离 析 的 问 题 ， 并 在一 定范 围内随着 机 制砂用 量 的降低 、 天然 砂用 量的增加改善离析效果愈发 显著 ， 究其原 因为天然砂 的掺入增加了细颗粒含量 ， 改善了级配 ， 弱化了机制砂 表面 较粗 糙 、 相互 摩 阻力大 的 问题 。 表 5工 作 性 能 对 比 2 2 力学 性能 力学性能如 图 1所示 。人工混合砂配制出的混凝 土早期抗压强度 ( 7 d ) 要略高于天然砂 ( N S ) ， 低 于全 机制砂 ( MS ) ， 后期抗压强度 ( 2 8 d ) 基本相 当， 均能满 足试 配强 度要 求 。机 制 砂 中含 有适 量 的石 粉 ， 一方 面 微细的石粉可起到填充空隙的作用 ， 使得混凝土中浆 2 0 1 1年第 9期 人工混合砂在轨道 交通工程混凝土 中的应用研究 7 9 体量增大 ， 提高密实性 。更重要 的是 ， 石粉 的主要 成分为碳酸钙 ， 微细碳酸钙 的加入还可以加速硅酸三 钙的水化 ， 提高混凝土的早期强度 。后 期强度增长 缓慢可能 由于机制砂表面有大量的裂缝 和缺 陷， 在 后 期 较 高强 度 的情 况下 ， 不 再 是 界 面和 水 泥 浆 本 身 的破 坏 ， 而 显 现为 机制 砂 自身 的破 坏 。 7 d 2 8 d 图 1 人 工混合砂对抗压强度 的影 响 2 3抗 渗性 能 由图 2 可 知 ， 所 配 制 的 混 凝 土 电 通 量 均 小 于 1 0 0 0 C， 满足高性能混凝土要求。人工混合砂配制 出 的混凝土 2 8 d电通量值高于天然砂 ， 低 于全机制砂 ； 5 6 d电通量值除全机制砂高于天然砂外 ， 其余均低于 天然砂 ， 并随着机制砂与天然砂 比例的调整， 电通量值 略 有差 异 。 全机制砂混凝 土抗 水渗透等级为 P I O ， 其余 四组 均可达到 P 1 2 。其原因在 于机制砂级配不 良， 采用全 机制砂时堆积空隙率高 ， 石粉不足以填充所有空隙， 导 致抗渗性能略有降低 。随着机制砂与天然砂的比例调 整 、 级配 的优化 ， 填充效果得到改善 ， 抗渗性能提高 。 80 0 60 0 4 o0 2 00 O 图 2人工混合 砂对电通量 的影响 2 4碳 化性 能 图 3为 各组 2 8 d龄 期碳 化深 度试 验结 果 。 由图 3 可 知 ， 天 然砂 2 8 d碳化 深度 最 大 ， 全机 制 砂次 之 ， 人 工 混合砂则随天然砂的 比例增大 而增加 ， 表 明人工混合 砂与天然砂相比会在一定程度上改善碳化问题 。 2 5 变 形性 能 通过 上述试 验结 果 和经济性 综合 比较 ， 选 取 了 N J 4组 ( 机制 砂 ： 天然 砂 = 4 ： 6 ) 与 天 然砂 和全 机 制 砂 进行干缩试验对 比， 试验结果见 图 4 。图中人工混合 砂对于缩 的影 响较小 ， 2 8 d干缩值 略高于天然砂 ， 主 要由于石粉增加 了混凝土 中的浆体量 ， 导致 了混凝 土 的干缩增大。 昌 量 嫩 谨 图 3 人工混 合砂 对 2 8 d碳化 深度的影响 糌 婚 图 4 人工混合砂对 干缩 的影响 3 结 语 通过 以上 试 验 ， 利 用 人 工 混 合 砂 配 制 出 的混 凝 土 工作 性 能 、 早期 抗 压强 度 、 抗渗 性能 和抗 碳化 性能 优于 天然砂 ， 后期抗压强度基本相当、 干缩变形稍大于天然 砂 。人 工 混合 砂 可替代 天 然砂用 于 配制 轨道 交通 工程 C 3 5 P I O防水混凝 土。同时 ， 在采用本 研究的原材料 情况下 ， 综合考虑经济性和混凝土性能 ， 建议机制砂与 天然砂 的 比例 为 6 ： 4 。 参 考 文 献 1 徐健 ， 蔡基 伟 ， 王稷 良， 等 人工砂 与人工 砂混凝土的研究 现 状 J 国外 建材科技 ， 2 0 0 4 ( 3 ) ： 2 0 2 4 2 朱俊利 ， 郎学刚 ， 贾希娥 机制砂生产现状与发展 J 矿冶 ， 2 0 0 1， 1 0( 4)： 3 8 4 2 3 刘宏 机制砂拌制高 强度泵 送混凝 土在 高速公路 中的应用 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 1 0 7 1 0 9 4 刘娟红 ， 王波 ， 李政 ， 等 机 制砂 与细砂高性能混凝土 和易性 与抗 压强度的研究 J 商 品混凝 土 ， 2 0 0 7 ( 2 ) ： 4 0 4 2 5 吴 明威 ， 付 兆岗 ， 李铁翔 ， 等 机制砂 中石粉含量对混凝 土性 能影响的试验研究 J 铁道建筑技术 ， 2 0 0 0 ( 4 ) ： 4 6 - 4 9 6 蔡基伟 ， 李北星 ， 周 明凯 ， 等 石粉对中低强度机制砂混 凝土 性能的影响 J 武汉理工大学学报 ， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 2 7 3 0 ( 责任 审编赵其文) 2 O 8 6 4 2 0 姗 瑚瑚 如o 们 如 加 m O 暖