机制砂高性能混凝土在隧道衬砌中的应用.pdf

第 5期 ( 总第 3 6 0期 ) 吉 林 水利 2 0 1 2年 5月 【 文章编号1 0 0 9 - 2 8 4 6( 2 0 1 2 )0 5 - 0 0 3 0 - 0 3 机制砂高性能混凝土在隧道衬砌中的应用 王全 良 ( 中铁十三局集团有限公 司， 吉林长春1 3 0 0 3 1 ) 摘要 机制砂 因石粉含量过高， 限制 了混凝土 中的广泛应 用， 特别是高性 能混凝土对其石粉含量的限制更加严格。 本文针对 工程特点和 当地材料情况 ， 通过研究石粉含量对 高性 能混凝土拌合物流动性 、 强度 、 耐 久性 的试验研 究 ， 得 出了合适的机制砂石粉含量 ， 并成功应用。保证 了工程质量、 充分利用 了资源并获得 了较好的经济效益。 关键词 】 机制砂 ； 混凝土 ； 隧道衬砌 ； 应用 【 中国分类号T V 4 3 1 【 文献标 识码 】B 机制砂是经除土处理 ， 由机械破碎、 筛分制成 的 ， 粒径在 4 7 5 m m一 7 5 1 x m 的岩石颗 粒 。机 制砂 在 加工过程中产生了的小于 7 5 1x m的岩石颗粒 称为 石粉 。国内现行 建设用砂 G B T 1 4 6 8 4 2 0 1 1 、 铁路混凝土工程施工质量验收标准) ) T B T 1 0 4 2 4 2 0 1 0 、 公路桥涵施工技术规范) ) J T G T F 5 0 2 0 1 1 等标准都对石粉含量都作 了限制 ，对于 C 3 0以上 混凝 土均 限制在 7 O 以下 。 沪、 昆高速铁路贵州段某隧道长约 8 5 6 1 m， 设 计强度 等级 为 C 3 5 、抗渗等 级 P 1 2 、抗 冻等 级 F 2 0 0 、 电通量) G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 、 普通混凝土力学性能试验 方法) GB T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2、 普通混凝土长期性能 和耐久性能试验方法标准 G BT 5 0 0 8 2 2 0 0 9进 行。 2 2 试 验用原 材料 及混 凝土 配合 比 2 2 1 试验 用原材 料 l 1 水泥 ： 贵州 拓达普通硅酸盐水泥 ， 强度等级 吉林水利 机制砂高性能混凝土在隧道衬砌 中的应用 王全 良2 0 1 2年 5月 P O 4 2 5 主要技术指标见表 1 。 表 1 水 泥主要技术指标 8 7 8 MP a ； 岩相法对矿物组成和类型进行检验确定 为碱一 硅酸类型 ， 快速砂浆棒膨胀率小于 O 1 0 ； 用 专门机组生产 ， 利用风选收尘方法去除石粉含量 ， 其石粉控制难度保持在中等水平。试验时 ， 除石粉 含量为人工控制( 按需要加入) 外 ， 其他主要技术指 2 )机制砂 ：母材为石灰岩，饱和抗压强度为 标均为出厂指标 ， 机制砂主要技术指标见表 2 。 表 2 机制砂主要技术指标 注 ： 该砂除石粉含 量外 ， 技术要求分类为 类 ； MB值 1 4、 快速法试验合格 。 3 1 碎石 ： 与机制砂为同一石 场 ， 由二级配混配 2 2 2 混凝土配合 比 而成的连续级配 ， 最大公称粒径 3 1 5 mm， 主要技术 掺石 粉混凝 土配合 比按 照高性 能混 凝 土强 指标见表 3 。 度、耐久性及施工要求 ，设计 了石粉掺量为 0 、 4 ) 水 ： 地下溶洞水 ， 符合饮用水标准 3 、 5 、 7 、 9 、 1 2 、 1 5 和 2 0 的 8种方案。掺 5 1 粉煤灰 ： 火力发电厂干法收集粉煤灰 ， 符合 石粉混凝土配合 比见表 6 。 用 于水泥 和混凝 土 中的粉 煤 灰 ) G B T 1 5 9 6 2 3 试验结果 2 0 0 5中级要求 ， 主要技术指标见表 4 。 机制砂石粉含量对混凝土拌合物流动性 的影 6 ) 外加剂 ： 采用聚羧酸高性能混凝土减水剂 ， 响见图 1 ；机制砂对混凝土抗压强度 的影响见图 主要 技术 指标见 表 5 。 2 ； 机 制砂 对混 凝 土耐 久性 的影 响见 图 3 。 表 3 碎 石 主 要 技 术 指标 细度( ) 烧失量( ) 需水量 比( ) 碱含量( ) 安定性( mm ) 游离氧化钙( ) C l 一 含量( ) S O， 含量( ) 3 结果分析 3 1 石 粉含 量对 混凝 土拌合 物流 动性 的影 响 机制砂表面粗糙 ，拌合物流动时会受到更大 的摩擦力 ， 即便是增大用水量 ， 但也无法保 持而会 从 中泌出， 并不会使混凝土拌合物流动性增加 ； 石 粉加入后 ， 与水和水 泥形成浆体 、 包裹并润滑其表 一 31 吉林水利 机制砂高性能混凝土在隧道衬砌中的应用 王全良2 0 1 2年 5月 面 ， 减少了拌合物的泌水 ， 从而提高混凝土拌合物 的流变性。由图 1 可见 ， 当石粉含量加入时， 混凝 土拌合物坍落度随掺量的增加而增大 。至石粉掺 量达到 9 时仍 能呈现其线性。但石粉表面积大 ， 过多时消耗其混凝土用水量 ，导制拌合物流动性 的损失 。 3 0 o 2 5 0 2 0 o 壤 安 1 5 0 l oo ， 1 ， 一 、 ， 0 2 4 6 8 l 0 l 2 1 4 1 6 石粉掺量( ) 图 1 石粉含量对混凝土坍 落度的影响 3 2 石粉 含量 对混 凝土抗 压强 度的影 响 由于机 制 砂 中 的石 粉 ，既 可补 偿 混凝 土 中细 粉料含量不足 ， 又可改善 了拌合物的泌水 ， 从而增 加 了混凝 土密 度 ：又 因其 石 粉 中 的碳 酸盐 在 与水 泥的铝硅酸盐水化形成碳铝酸盐 。使水泥强度得 以提 高 。 由图 2可见 ， 当石 粉含 量达 l 5 以下 时 ， 混 凝土 强 度随 之 增加 ， 但 过 多时 由于水 泥 的铝 成 分 有 限，过 多 的石 粉 只能起 惰 性料 的填 充 作用 ， 反 而降低其混凝土强度 。 3 3 石 粉含 量对 混凝 土耐 久性f 抗 冻融1 的影响 一 ， O 5 l O l 5 2 0 石 粉 掺 量 ( ) 图 2 石粉含量对混凝土抗压强度的影响 机制砂混凝土拌合物出现的大量泌水被石粉 所 吸附 ， 减少 了硬化混凝土的内部及外部孔隙； 一 定含量的石粉填充了混凝土的微观孔隙 ：而另一 部 分 石 粉 还 掺 与 了 水 泥 的 水 化 生 成 了新 的水 泥 石。所以。 通过石粉对机制砂混凝土的密度和强度 的改善 ， 从而提高其耐久性。从图 3可见 ， 当取石 粉含量达 1 5 时 ， 混凝土抗冻性随之增加 当达到 2 0 时 ， 由于过度填充 ， 形成惰性料较多 ， 破坏 了水 一 3 2一 泥对石粉的充分包裹 ，使混凝土抗冻性呈下降趋 势。 。 一 一 5 l O l 5 石粉掺量( ) 图 3机制砂石粉含量对混凝土抗 冻性的影响 4工程实际应用 根 据上 述研 究 成果 ， 从 混 凝 土施 工 流 动性 、 强 度及耐久性 、 成本等因素进行综合分析 。 工程用混 凝土石粉掺量确定为 1 0 。增加粉煤灰 采用了聚 羧 酸 高性 能混凝 土 减 水剂 ，最 终确 定 工程 用 施 工 配合 比为 ： 水泥 ： 粉煤灰 ： 机 制砂 ： 石粉 ： 碎石 ： 水 ： 减 水剂 = 2 8 1 ： 9 5 ： 7 3 7 ： 8 2 ： 1 0 0 5 ： 1 7 3 ： 3 7 3 。 施工 混凝土 拌合 物 出机 6 0 mi n后 坍 落度 为 2 1 2 m m、 扩展度为 5 1 4 ra m， 5 6 d抗压强度 4 5 6 MP a 、 抗渗等级 P 1 2 、 抗冻等级 F 2 0 0 、 电通量( C ) 8 9 5 ， 满 足了工程质量要求 ； 该隧道混凝土用砂约 1 5万余 立 方米 ， 与 外运 合格 天 然 河砂 比较 ， 每 立方 米 混凝 土可节省成本约 8 9元 ， 共节约资金 1 3 0 0余万元 。 取得 了较好的技术经济效益。 5 结论 机制砂中的石粉含量 ， 虽经设备技术改造 、 生 产控制 ， 但仍高于混凝土用砂质量标准 。 这是 目前 各建设行业不争的事实 。 石 粉 对混凝 土 性 能 的改善 效 果 除与 机 制砂 技术指标有关外 ， 其母岩种类也有关。如石灰岩类 石粉 ， 对混凝土强度有明显提高。而且 ， 各地母岩 差异大 ， 混凝土工程所处的环境不同、 设计技术指 标参数亦不同， 所 以， 施工前必须开展与混凝土工 程设计技术指标进行相应的试验研究。 对 石粉 的限制 应 以对 混 凝 土是 否 构 成危 害 为依据。经技术措施处理后 ， 证明对混凝土质量无 影响时， 可合理放宽限制。这样在保证工程质量的 前 提下 ， 既利于降低工程成本 ， 又利于环境保护。 口 如