混合砂配制高性能混凝土在铁路工程中的应用.pdf

2 0 1 0年第 8期 铁道建筑 Ra i l wa y En g i n e e r i n g 1 4 7 文章 编号 ： 1 0 0 3 1 9 9 5 ( 2 0 1 0 ) 0 8 0 1 4 7 0 3 混合砂 配制高性能混凝 土在铁路工程 中的应 用 赵 淮 生 ( 中铁 十五局集 团公 司， 河南 洛阳4 7 1 0 1 3 ) 摘要 ： 结合 淮 河特 大桥 水 下混凝 土灌 注桩 工程 ， 介 绍 了混合砂 配制 高速 铁路 工程 高性 能水 下混凝 土 原材 料 的选择 、 配合 比设计 、 混 凝土性 能 以及 混 凝土拌 制 、 运输 、 浇 筑各个施 工环 节 的质 量控 制 。提 出人 工砂 生产控制 关键在 母岩 质量 、 石粉含 量及 级 配控 制 ； 掺 人 工砂 的混合 砂在 配 制 高性 能 混凝 土时 注重流 动性 的 改善 ； 混凝 土生产质 量 的控 制 更注 重各 方 面的 综合协 调 。 关键 词 ： 水下混凝 土 混合砂 高性 能混凝 土 中图分 类号 ： U 2 1 4 1 8文献 标识 码 ： B 随着建 设工程 的不 断增 多 ， 资 源性材料 消 耗很大 ， 其 中生产混凝 土所 需 的细骨 料 ( 砂 子 ) 每年 约 需 2 0多 亿 t 。 目前 混凝土用 细骨 料主 要采用 天然 河砂 或 山砂 ， 随着需求 量 的不断 扩 大 ， 满 足要 求 的 天然 砂 数 量 越来 越少 ， 砂资源短缺 ， 价格上涨 ， 另一方面天然砂的开采 对河床 、 农 田自然生态及环境破坏严重。 我 国在 2 0世 纪 8 0年 代就 有人 开始 开展 机 制砂 的 性能和机制砂混凝土的性能研究 ， 通过 2 0多年的探索、 研究 ， 取得 了一些 有价值 的科研成果 。 国标 建筑用砂 ( G B T 1 4 6 8 4 2 o 0 1 ) 增加 了人工 砂为 建筑用 砂 之一 ， 并 规定 了人 工砂 的定义 、 技 术 要求 、 检 验方 法 。国 内 以人 工砂替代天然河砂 生产混凝土 的规模越来 越大 ， 今 后人 工砂将作为建筑用砂的重要来源进入建材市场。 淮 河特 大桥地 处安 徽省 蚌埠市 境 内 ， 全长 8 O多 公 里， 高性能混凝土用量 3 0 0多万 i n ， 工程设计使用寿 命 1 0 0年。当地石灰岩丰富 ， 质量满足要求的河砂资 源比较匮乏 ， 附近只有明光女山湖出产河砂 ， 但质量不 稳定 ， 山东沂河 及河南 信 阳砂质 量稳 定但运 距 非常远 ， 价格高 。为保证 工程 质量 、 降低 工程成 本 、 充 分利 用 当 地丰富的石灰岩 ， 对混合砂在高速铁路水下高性能混 凝土中的应用进行了研究。 1混凝 土 原 材 料 采用蚌 埠海 螺 P 0 4 2 5水 泥 、 淮 南 常华 I级粉 煤 灰 、 宿 州始源 $ 9 5级矿粉 ， 物 理性能 指标 见表 1表 3 。 收稿 日期 ： 2 O L O - O 3 2 5 ； 修回日期 ： 2 O L O -04 -03 基金项 目： 铁道部科技计划开发项 目( 2 0 0 8 G O 3 1 F ) 。 作者简介 ： 赵淮生 ( 1 9 7 O 一) ， 男 ， 河南安阳人， 高级工程师。 表 1水 泥 主 要 性 能 需水量 比 细度 烧失量 S O 含量 混合砂由灵壁县虞姬二山机制砂和明光女山湖天 然砂组成 ， 主要物理性能表 4 表 6 。 表 4天 然 砂 主 要 物 理 性 能 机 制砂 级配 性能 比河砂 差 ， 颗粒棱 角 突出 ， 粉 尘含 量高 ， 这都是造成机制砂混凝土流动性差、 拌和物干涩 的主要因素， 表 7说 明机制砂石粉含量对混凝土用水 量或坍落度的影响。因此机制砂的生产控制对于机制 砂质 量尤 为重要 ， 重 点监 控级 配和石 粉含 量 ， 一 是选 用 合 格 干净及 满 足强 度要 求 的母 岩做 机 制 砂 的 原材 料 ， 二是选择适宜的制砂设备 ， 建议选用湿法、 锤击式生产 l 4 8 铁道建筑 工艺 ， 再 采用一 定 的石粉 收集装 置 。 表 5机制砂 的主要物理性能 雾 细 度 模 数吸 水 率 评 定 ( k g m ) ( k g m ) 一 一一 1 2 区 中砂 表 7机制砂不 同石粉含量对混凝土的影响 高性 能混凝 土用 机制 砂 的具 体技术 指标 一般应 满 足如下要求 ： 细度模细应控制在 2 6 3 2之间； 压 碎值 指标 应 7 0 MP a ； 机制砂 的含粉 量 应控制 在 4 8 之 间 。 采 用灵璧 青 龙 山碎 石 ( 51 5 m m 和 1 0 2 5 mm 二 级配 ) ， 掺配 比例 为 3 0 ： 7 0 。碎 石物理 性能 见表 8 。 表 8碎石的物理性能 外加剂采用山西黄腾聚羧酸高效减水剂 ， 减水率 2 4 5 。采用地下饮用水。 2混凝土配合 比设计 按 J G J T 5 5 2 0 0 0 ( 普通混凝 土配合 比设计 规程 的方法 和步骤 ， 进行 机制 砂混凝 土 配合 比设 计 ， 得 到 的 结果与普通河砂得 到的混凝土强度增长规律基本相 同， 保米罗公式在机制砂配合 比设计中依然能够起 到 很强 的指导 作用 。 采用混 合砂 后需要 改进 的 问题 是 ： 1 ) 混合 砂 的颗 粒 形 状 为 尖 锐 、 棱 角 形 ， 有 别 于 浑 圆状的天然砂 ， 其黏结力大 ， 机械咬合作用强 ， 故机制 砂 高强混 凝土 比河砂 高强 混凝土 的强度 高 。在配制 机 制砂超高强混凝土的实践 中发现 ： 同水灰 比的机制砂 高强混凝土 比河砂高强混凝 土的强度一般 高 51 0 MP a ， 可对混凝土配合比的系数进行部分修正。 2 ) 采用 水下 混凝 土灌 注 工 艺 时 ， 混 凝 土配 制 强度 应 提高 1 0 。 3 ) 由于机制砂混凝土的抗渗性差 ， 所以必须从 多 孔材料渗透理论出发充分体现混凝土抗渗性的特殊要 求 ， 这是保证机制砂混凝土结构耐久性的前提条件。 混合砂中机制砂和河砂 占不同比例对混凝土初始 性 能的影 响见表 9 。 表 9 混合砂对混凝土初始性能的影 响 ( 同水胶 比、 同单方用水量 ) 为改善机制砂混凝土流动性差、 拌和物干涩的状 况 ， 一方 面要控 制机制 砂石 粉含量 和级配 外 ， 还 可 以掺 用适量的矿物掺合料来改善其级配状态。结合工程实 际情况 ， 最终混合砂混凝土配合 比如表 1 0所示 ， 其 中 混合 砂 中机制砂 ： 河砂 = 6 2 ： 3 8 ( 质 量 比) ， 混凝 土 和易 性、 保水性均较好 ， 满足设计强度 4 2 MP a 、 坍落度 1 8 0 2 2 0 m m、 含 气量 2 0 要 求 。 表 l 0混 合 砂 混 凝 土 配合 比 对试 配混 凝土 试 块进 行 抗 压强 度 及 电通 量 测定 ， 结 果见 表 1 1 。 表 1 1抗 压 强 度及 电通 量 2 0 1 0年第 8期 混合砂配制高性能混凝土在铁路工程 中的应用 1 4 9 由以上 数据 可知 ， 该 配 合 比完 全 满 足 淮 河 特大 桥 水下 C 3 0混 凝土施 工要 求 。 1 ) 机制 砂 的 配 合 比设 计 必 须 体 现 高 性 能 混 凝 土 配合 比设计 理念 和应用 实践 。 2 ) 当混凝 土 的耐久 性 、 和 易性 有 特 殊要 求 时可 根 据现场 实际情 况掺 入适 当 的掺 合 料 ， 同 时掺 合 料 的 掺 人可有 效防止 机制砂 造成 的干 涩和 收缩变 形 。 3 ) 当采用 粉煤 灰 、 矿粉 等 掺合 料 时 采用 超 量 取 代 法较等 量取代 法更 有利 于改善 混凝 土 的性 能 。 4 ) 由 于 机 制 砂 的 级 配 颗 粒 较 大 、 筛 分 区 间 较 集 中 ， 拌和 物的性 能较差 ， 所 以机制 砂混 凝土 的砂率 应 比 普 通混凝 土 的砂 率 高 2 5 。 3混凝土的拌和 、 运输和浇筑 根据试 验得 出 的机 制 砂混 凝 土 配 合 比， 在淮 河 特 大桥桩基施工中进行了使用 。 机制砂混凝土的拌和与天然砂混凝土相 同， 其运 输除应 满足 天然砂 混凝 土要求 外 ， 还应符 合 下列规 定 ： 1 ) 高性 能 混凝 土 的 运 输应 尽 量 采 用 混 凝 土 罐 车 进 行运输 ， 同时运输 车辆 应能够 自身进行 二次 拌合 ， 不 能满足 运输 能力 的混凝 土运输 设备 应及 时更换 。 2 ) 混 凝土在 出机 或人 模 时其 落 差不 大 于 2 m， 当 落差 较大 时应 采用 滑槽 、 串筒 等 器 具来 防止 混 凝 土 的 离散 和水分 蒸发 。 3 ) 运输 过 程 中应 加 强 检 验 ， 主要 包 括 出机 温 度 、 坍落度、 扩展度、 含气量等信息。混凝土的运输过程应 严格 控制运 输 时 间 ， 对 水 下 混 凝 土 ( 掺 缓 凝 高 效 减 水 剂 ) 而 言 ， 混凝 土运 至浇 筑处 的 时间 一般 不宜 超 过 1 8 0 mi n ( 并小 于混 凝土初 凝 时间 2 h ) 。 机 制砂混 凝土 的浇 筑除应 满 足天然 砂混凝 土要 求 外 ， 还应符 合 下列规定 ： 1 ) 浇筑 混 凝 土 时应 避 开 风 、 雨 、 雪 天 。冬 季 宜 尽 量放在白天气温较高的时段进行 。夏季气候炎热时宜 在下 午 5时 至次 日 9时浇筑 。t 昆 凝 土运 至 浇筑处 的 时 间应 满足要 求 。 2 ) 运 输 、 浇筑要 衔 接 好 ， 间歇 时 间要 短 ， 要 连续 作 业 。 3 ) 在 浇 筑 过 程 中 如 发 现 混 凝 土 的 和 易 性 、 坍 落 度 、 出机温 度等 不符 合要 求时 应在拌 和 站及 时处理 ， 不 合格 品不得 出厂 。运 至现 场 的混凝 土人模 前应 进行 人 模温度测试和和易性试验 ， 不符合要求的应交试验人 员 处理 。 4 结 论 通 过试 验室试 验 和现场 应用 ， 得 出 以下 结论 ： 1 ) 严 格控 制机 制砂 原 材 料 的质 量 关 ， 重 点 监控 级 配和石粉含量。一是选用合格干净及满足强度要求的 母 岩做 机制 砂 的原 材料 ， 二是 选择 适宜 的制 砂设 备 。 2 ) 机 制砂 级 配 性 能 比河 砂 差 ， 颗 粒 棱 角 突 出 ， 粉 尘含量高， 这都是造成机制砂混凝土流动性差 、 拌和物 干 涩的 主要 因素 ， 混 凝 土 配合 比设 计 过 程 在遵 循 普 通 混凝 土设 计规 程 的 同时 ， 还 应将 改 善 机 制 砂混 凝 土 和 易性的措施综合于配合 比设计过程 中， 以提高混凝土 拌 和性 能 、 力学 性 能 和耐 久 性 能 。可 以通过 以下 途径 来 改善 其功 能性 状 ： 一是控 制 机制砂 中的粉尘含 量 ； 二 是 控制 机制 砂 的颗粒 级 配 ， 三 是 采 用 掺加 外 掺 料 等方 法 改善 其级 配状 态 。 3 ) 机制 砂混凝 土 的 施工 应 更 强调 协 调 性 、 统一 性 和质量 管理 全过 程控 制 。 参 考 文 献 1 安文汉 石屑混凝 土强度及微 观结构实 验研究 J 山西建 筑 ， 1 9 8 9 ( 2 ) ： 1 9 2 6 2 尹志府 用石砂 配制高强混凝土及流 态混凝土 J 混凝土 ， 1 9 9 3( 3) ： 8 - 1 3 3 李亚铃 再论混凝 土机 制砂 J 建 筑技术开 发 ， 2 0 0 3 ( 1 2 ) ： 95 9 6 4 张桂梅 人工砂 的应 用研 究 J 山西 水利 ， 2 0 0 1 ( 增 ) ： 4 3 4 4 5 吴 仲伟 、 廉 慧珍 高 性能 混凝 土 M 北 京 ： 中国铁道 出版 社 ， 1 9 9 6 6 赵 国堂 ， 李 化 建 高 速 铁 路 高 性 能 混 凝 土 应 用 管 理 技术 M 北京 ： 中国铁道出版社 ， 2 0 0 9 7 李体存 ， 王树 国 宜万铁路宜 昌长江大桥 C 6 0高性 能混凝土 的质量控 J 铁道 建筑 ， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ： 3 1 3 4 8 黄绪泉 ， 成立 ， 王小萍 细砂 高性能混 凝土用 矿料致密 堆积 模式分析 J 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 1 O ) ： 1 2 2 1 2 4 9 黄绪泉 ， 丁卫春 ， 成立 ， 等 细砂 高性 能混凝土 配比设计 及人 工挖孔桩 干灌施工技术 J 铁道建筑 ， 2 0 0 8 ( 2 ) ： l 1 1 1 1 3 ( 责任审编 王红)