人工砂混凝土材料设计与工程应用研究.pdf

2 0 1 5年第 3期 广 东 公 路 交 通 G u a n g D o n g G o n g L u J i a o T o n g 总第 1 3 8期 人工砂混凝 土材 料设计与工程应用研究 1 项 目来 源 广东省交 通运输厅 科技计 划立项 编号 ： 2 0 1 1 02 05 7 2 主要完成单位 广东省长大公路工程有限公司 武汉理工大学 3 主要技术内容 3 1 技术特点 针对公路 工程行业 机制砂生 产点多 面广 、 质 量 良莠不齐 、 应用水平落后 的现状 ， 在充分研究各 类破碎设备 工作 原理 的基础上 ， 提 出了适 合于交 通工程的设备 选型和配套 ； 采用级配投 料和工业 固体废弃物复合 的手段 ， 对机制砂 天然级配进行 改良； 通过集料级配优化和体积分析， 提出一种适 应于 C 2 0 C 1 2 0 强度等级混凝土的配合比设计方 法 ； 以天然河砂为参 照， 采用 现代测试技 术 ， 对人 工砂混凝土组成 、 结构和性能进行了系统的研究 ， 揭示 了人工砂混凝土组成 、 结构和性 能的特点 ， 为 人工砂混凝土 的拌合 、 施工 、 养生等 提供 了依据 ； 结合依托工程的桥涵 、 隧道等混凝土的工程试验 ， 编制了 人工 砂 在混 凝 土工 程 中 的应 用技 术 指 南 。形成 了机制砂 生产 、 人 工砂制备 、 人 工砂混 凝土材料设计和工程 应用等系列关键 技术 ， 为人 工砂的生产和人工砂混凝土的配合 比设计提供 了 技术支撑 。 3 2性能指标 ( 1 ) 采用碎石石屑复合投料工艺， 稳定生产细 度级配满足国标 ( G B T 1 4 6 8 42 0 1 1 )区级配 的 要求的机制砂 。 ( 2 ) 发明了一种适应 与 C 2 0C 1 2 0混凝 土的 基于级配优化和体积分析基础上的配合 比设计方 法 ， 减少 了混凝土中胶凝材料用量。 ( 3 ) 发明机制砂 与 2 0 3 0 的工业 固体废 弃物复配 制 备人 工 砂 的方 法 ， 提 高 了机 制 砂 中 0 1 5 0 6 mm颗粒 ， 克服了机制砂的级配缺陷。 ( 4 ) 形成机制砂 生产 、 人工砂混凝 土配制 、 人 工砂混凝土浇筑 以及人工砂混凝土质量控制 的关 键技术 ， 人工砂混凝 土工程外观和 内在 质量优于 天然河砂混凝土 。 ( 5 ) 成功地配制了粗集料堆叠率达 0 6的 C 5 5 机制砂 自密实混凝 土 ； 采用混合砂 配制 C 8 0高强 混凝土 ， 采用机制砂配制 C 1 0 0C 1 2 0超高强高性 能混凝土。 ( 6 ) 综合利用 1 9 0万 m 的隧道开挖废石和 2 8 万 m 石屑， 推广应用机 制砂混凝土 2 1 6万 m 以 上 ， 节省工程造价约 1 3 4亿元。 3 3技术创新 中国科学院武汉科技查新咨询检索中心对课 题如下创新点进行 了查新 ： ( 1 ) 采用激光 同轴共聚 焦显微镜探明了机制砂粒形、 表面质地、 级配和粉 料矿物组分等特征 ； ( 2 ) 采用碎石石屑复合投料工 艺 ， 稳 定 生产 细度 级配 满 足 国标 ( G B T 1 4 6 8 4 2 0 1 1 )区级配 的要求 的机制砂 ； ( 3 ) 机制 砂与工 业固体废弃物配制人工砂 ， 提高了机制砂 中 0 1 5 0 6 m m颗粒 的含量 系列 方法 ， 克服 了机 制砂天 然级配固有缺陷 ； ( 4 ) 制订 了一套基于级配优化和 体积分析 的混凝 土材料设计全计算 方法 ， 适 用于 C 2 0C 1 2 0不 同工作性要求 的混凝土 ， 充 分发挥 集料的堆叠作用减少胶材用量 ； ( 5 ) 揭示了人工砂 混凝土组成 、 结构和性能的特点 ， 成功地配制 了粗 集料堆叠率 达 0 6的 C 5 5机制砂 自密实混 凝土 ； ( 6 ) 采用人工砂 配制 C 1 0 0和 C 1 2 0人工砂超高强 高性能混凝土 。查新结 果 ： 本课题 的研究 成果虽 然 已有文献显示 ， 有部分相类似 的初步研究 ， 但未 查到和本课题创新点 和技 术指标相近 的论 文 、 指 南 、 工法、 专利及专著等。 3 4 成 果 水 平 2 0 1 4年 4月 1 0日， 课题成果通过 了广东省交 通运输厅组织的鉴定 ， 认为 ： 课题研究成果达 到国 际先进水平 ， 其 中机制砂配制高强超 高强混凝 土 达到国际领先水平 。 4 效 益分析 人工砂混凝土材料设计与工程应用研究 的 6 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 3期 广东公路交通 总第 1 3 8期 技术就地取材利用 当地石料或隧道开挖废石生产 机制砂， 用于公路工程人工砂混凝土的生产。 4 1 经济效益 ( 1 ) 节省天然河砂的长途运输费用 ， 降低原材 料 成本 。 ( 2 ) 就地处 置开挖废 石， 减 少处 置和征地 费 用 。 ( 3 ) 缓解细集料供应紧张， 保证工期 。 ( 4 ) 提高工程建设质量 ， 提高混凝土工程优 良 率 。 4 2 社会效益 ( 1 ) 合理利用 自然资源 ： 缓解天然砂供应 紧张 的局面， 避免 了天然河砂违规开采导致 的河道安 全事故 ； 就地取材 ， 降低天然砂长途运输导致 的交 通污染与道路损坏 问题 。 ( 2 ) 保护山体植被 ： 利用开挖废石和石料厂石 屑， 解决了公路沿线和隧道开挖产生 的废石堆放 对土地的占用， 减少了废弃物堆放产生的污染， 减 少了砂石生产对山体植被的破坏 。 ( 3 ) 缓解环境污染 ： 为固体废弃物综合利用提 供 了一条新途径 ， 减少石屑 、 尾矿堆存对空气水源 产生的污染 。 ( 4 ) 提高工程质量 ， 消除工程隐患 ： 通过本课 题的研究 为人 工砂混凝 土 的应 用提 供 了技 术支 撑 ， 提高了机制砂 、 人工 砂混凝土工程 的质量 ； 另 外人工砂 的应用避免了不合格河砂和未经充分淡 化的海砂 进入交通工程建设领域 ， 避免 了工程质 量隐患。 课题成果促进 了人 工砂混凝土 的工 程应用 ， 节约了工程造价 ， 减小了开挖废石、 石屑等对周边 缓解的污染 ， 减少砂石生产对天然 山体 的开挖和 植被破坏 ， 社会效益和生态效益十分可观。 5 应用情况 5 1 靖那高速公路 广西靖西 那坡高速公路第 2合 同段位于靖 西和那坡县境内， 起点位于靖西县安德镇堪怀村 ， 与第一合 同段 终点 K 4 4+9 1 3 4 1 2相 接 ， 经安德 镇 、 坡荷乡 ， 止于坡荷乡的岩信 K 6 9+ 9 0 0 ， 路线全 长 2 4 9 8 7 k m， 隧道共 6座 ， 单洞长度 1 4 3 0 2 m。项 目处于典型 的喀斯特地 区， 没有 可以大量开采 的 河砂资源 ， 河 砂必须从 1 0 0多 k m外 采用 汽车运 6 6 输 ， 运输成本约 1 6 5元 t 。采用本课题开发 的机制 砂生产到混凝土应用技术后 ， 混凝土成本节省 3 5 1 0 5 m ； 其 中第 2合 同段采用机制砂 混凝 土 5 2 6 8 4 4 m ， 节省材料费用 3 1 1 5 9万元 ； 第 3合 同 段采用机制砂混凝土 4 3 4 0 6 1 m ， 节 省材料费用 3 0 6 9万元 。第 2合 同段采用隧道开挖 洞渣生产机 制砂， 消纳洞渣约 3 0万 m ， 节省运输和倾倒费用 约 3 0 0万 元 。 5 2 二广高速公路 广东省连州( 湘粤界) 至怀集公路项 目连 山段 工程处于典型的山区， 天然河砂 资源 匮乏 ， 必须从 1 5 0多 k m外运购买 ， 到场价达 1 7 0 m 以上 ， 且 质量和供应都无法保证 。另外本项 目有 隧道工程 1 3 0 8 6 m， 隧道开挖施工产生 的洞渣运输和堆存是 一 个很大的难题。在本项 目的第 7 、 8 、 9 、 1 0和 1 1 合同段采用 了本课 题开发的人工砂混凝土 技术 ， 采用隧道开挖洞渣 生产机 制砂 ， 用于桥涵 隧道混 凝土的浇筑。共采用机制砂混凝土约 1 2 0万 m ， 节省材料费用 6 5 0 0万元 。利用隧道开挖洞渣 1 9 0 万 m ， 节省处置费用约 6 8 0万元。 5 3 推广应用前景 我国 2 0 1 4年生产和应用混凝 土约 6 0亿 m ， 使用细集料一砂约 4 0亿 t ， 并有逐步增 长的趋势 。 长期的过度 开采使得河砂供应 的缺 口 日渐扩大 ， 人工砂的应用可避免劣质河砂 和未经充分淡 化的 海砂进入公路工程建设， 研究成果对缓解广东省 乃至全 国天然河 砂 的供应 紧张形势 具有重 要意 义 。 欧美 日韩等 国机 制砂 的生产 已经 形成 规模 化 、 产业化 ， 机制砂和人工砂混凝土应用也逐 渐常 态化。本项 目契合 了我 国土木工程建设领域在机 制砂 、 人工砂混凝土应用急剧增 长形 势下对相关 工程技术的需求， 成果在公路、 铁路、 水利、 港 口码 头 、 工民建 、 海洋工程等领域将具有广泛的推 广应 用前 景 。 题 组 人工砂混凝土材料设计与工程应用研 究 课 联 系人 ： 卢 自立 联 系电话 ： [phone] E ma i l ： 5 2 6 43 06 5 8 q q e o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m