（广东省长大公路工程有限公司;510000）
摘要：本文以罗阳高速机制砂混凝土试验研究为背景，总结了国内当前机制砂研究情况，调研了广东以及省外各大砂场机制砂的生产情况，基于工程经验提出了本试验的级配，分析是否掺粉煤灰的C25及C30机制砂混凝土的强度，并进行实际工程应用，为以后的机制砂混凝土配比以及施工应用提供参考。
关键字：机制砂；混凝土；工作性能
Abstract：Taking the mechanism sand concrete experimental research of Luoyang expressway as background, summarizes the current domestic research on mechanism sand, and investigate on the production mechanism sand in Guangdong and outside. Based on the engineering experience,propose gradation of the test,analysis the C25 and C30 concrete with machine-made sand respectively,and practice into engineering applications,providing a reference for the later concrete ratio of mechanism sand and construction application.
Key words：manufactured sand；concrete；working performance
0 引言
水泥混凝土作为工程行业主要的材料之一，其主要原材料包括砂、石、水泥、水和其他外加剂，主要应用于公路、桥梁、水利、建筑等土木行业中。而我国现在的基础建设正处于鼎盛时期，对水泥混凝土的需要量非常大，导致对砂的需要量只增不减。而随着河砂的大量开采，导致许多河道已经掏空，甚至还出现乱采乱挖、毁田挖砂、破坏河道的情况，这不仅破坏了耕地以及堤坝，同时其乱开采也造成了环境的破坏，使得部分地区政府下令禁止打捞河砂。对于无法开采河砂地区或者河砂级配不能满足要求时，只能舍近取远去其他地区购买河砂，这必然导致了运输成本的增加，同时也造成了河砂供应紧张，且价格逐年上涨，从而提高了工程造价。
1 机制砂研究现状
1.1 国内研究现状
利用机制砂配制混凝土在国内外已有多年历史，并在工程中得到广泛应用，我国最大的山峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。实际工程中，已配制出C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400m，在试验室设计强度C100的混凝土实际强度达到155Mp。应用范围涉及无筋混凝土、钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土、高强混凝土、超高强混凝土等，现已推广应用于交通、水利、工业与民用建筑、铁路等土木工程领域，取得了良好技术经济效益。并且机制砂混凝土有较系统的试验研究基础和一系列的技术标准和应用技术规范，如JT/T 819-2011、GB/T14684、JGJ52、DB50/5017（重庆）、DBJ41/T048 （河南）、DBJ52-55（贵州）、DG/TJ08-506（上海）等。这些技术标准和规范的制定和实施为机制砂生产与应用技术提供了可靠技术基础。
1.2 机制砂混凝土材料研究现状
目前对机制砂的研究亦进行得比较深入，如蔡基伟研究了石粉对机制砂混凝土性能的影响，李北星等人研究了石粉、粉煤灰等细小粒径材料对高标号机制砂混凝土的性能影响，也有学者研究了机制砂母岩性能对混凝土成品的影响等等，其中影响机制砂混凝土性能的主要因素有以下几个：
（1）石粉
机制砂虽然级配不良，但由于其有较高的石粉含量，导致其堆积密度增大，空隙率减小，所以，机制砂不能简单的通过堆积密度或空隙率的大小来判断其级配的好坏，一般情况下，使用的机制砂稍微偏出级配（II 区）的上限是比较正常的。而一些人将机制砂混凝土的大用水量归咎于石粉，认为石粉对混凝土是有害的，其实这是错误的。机制砂尖锐的颗粒形状对混凝土和砂浆的和易性是很不利的，而适当的石粉的存在便弥补了这一缺陷，石粉与机制砂成分相同，在混凝土中主要起微集料作用，能充分改善混凝土的和易性。在混凝土单位体积用水量不变的情况下，石粉增加混凝土的浆量和浆体粘稠性，可以减少了泌水和离析。配制机制砂混凝土时，石粉含量应控制在7%左右。机制砂中的部分石粉可以作为掺合料使用，其取代数量大致为水泥用量的10%，此时混凝土的强度不降低或降低很少，只是配合比设计需适当调整混泥土的砂率以使混凝土获得更好的工作性。机制砂的细度模数应控制在2.6～3.7之间，不宜过高或过低。细度模数太低，石粉含量高，细度模数太高，混凝土的黏聚性难以保证或造成砂率偏大。
（2）需水量
机制砂表面粗糙，石粉含量偏高，在相同条件下,配制相同坍落度的混凝土,机制砂比天然河砂需水量增加5～10kg/m3。机制砂比天然河砂需水量增加5～10kg/m3河砂混凝土和同配合比的机制砂混凝土相比，理论上由于颗粒比较光滑，摩擦阻力小，因此，在用水量相同时，坍落度大一些，能够获得较好的流动性。但由于实际生产中，所采用的河砂往往含泥量较高，细度模数不稳定，而同一厂家的机制砂则无此缺陷，基本处于稳定状态，可弥补部分河砂的缺点。而且由于机制砂表面粗糙，棱角多，在相同配合比，和易性相差不大的情况下，所配制的混凝土28d 抗压强度明显高于河砂混凝土。
（3）细度模数
机制砂细度模数越小、级配越好、石粉含量越大，合理砂率就越小。机制砂混凝土的砂率一般较河砂混凝土高3%～6%，初选是一般在36%～42%范围内选取，泵送混凝土适当提高。在保证混凝土拌和物黏聚性良好的前提下，应尽可能选取较小的砂率，以保证混凝土的弹性模量和干燥收缩。如果机制砂的石粉含量或细度模数、级配发生变化，应及时进行砂率调整。原则是：统一配合比用机制砂的细度模数变化范围不宜超过±0.2，石粉含量变化不宜超过±1.0%，否则应对配合比的砂率进行调整。
1.3 机制砂生产调研情况
为了解机制砂生产工艺，先后到广乐T5标机制砂生产线、清远机制砂生产厂、从化某机制砂生产厂、二广高速8标、9标碎石与机制砂生产线等地方进行了实地考察和调研，通过调函了解了贵州某机制砂生产的情况，也与梅州市金阳耐磨材料有限公司的负责人了解了机制砂生产设备的情况，具体情况如下，图1为各石场加工的机制砂的级配分布情况，由图可知，1号石场级配基本符合要求；2号石场级配在2.36mm粒径处稍微偏出级配上限；3号石场则在0.6mm以下粒径处明显低于下限；4号与5号石场级配则明显符合要求；6号石场为本工程制砂的石场，所制机制砂筛分结果符合I 类机制砂级配范围。母岩有花岗岩、石灰岩以及变质岩，各种母岩材质均可制成机制砂，且制成的机制砂成品基本能满足施工要求，并从机制砂厂的调研情况来看，通过合理的混凝土配合比设计使其应用与工程实体，目前所使用机制砂混凝土工程未出现混凝土病害。
图1 各石场机制砂级配情况
2 工程背景
由于罗阳高速沿线碎石价格较高，河砂资源缺乏且运距较远，及弃碴产生的租地、青苗补偿、防护等高额费用，结合公司对罗阳T3 标的施工策划，在公司的统筹安排下，项目部从合理利用资源，节约施工成本，保护环境的角度出发，对隧道洞碴和路基部分石方进行综合利用，拟将4.75mm 以下瓜米石加工为机制砂。
本文以罗阳高速机制砂调研试验为背景，为研制出符合本工程要求的机制砂，本工程机制砂生产线建在现有碎石场附近，毗邻河道，便于水洗加工；距离本工程拌合站近，成品运输堆放便利；同时考虑到对附近村民的影响，选址远离村庄；本项目采用碎石与机制砂联产，碎石生产线配有一台颚式破碎机和一台反击式破碎机，机制砂生产线配有棒磨式对辊制砂机，轮式洗砂机，细粉提取机。
同时为了保证生产的砂质量质量满足要求，对生产线进行调试，将刚开始为4.2细度模数降低至3.1；增加大口径反向水管，对筛分前机制砂进行分散，提高了筛网筛分效；细料提取机进行振动幅度和网面倾角的调整，控制细料的掺入比例，可以根据试验结果和工程实际来调整机制砂细度模数、级配和石粉含量。
为得到该石场机制砂混凝土性能，结合罗阳高速项目的试验，做了以下试验研究。
3 试验
3.1 试验原材料及配合比
表2 各标号混凝土不同配比参数表
本试验中采用以下的原材，具体参数如下所示：
水泥：采用英德海螺P.O42.5R水泥。水泥标准稠度27.5%，28天强度48.1Mpa，比表面积357m/kg。
粉煤灰：采用黄埔发电厂粉煤灰。粉煤灰需水比102%，烧失量1.8%，细度19.4%。
碎石：采用田丰石场5~10mm（小石）、10~20mm（中石）、16~31.5mm（大石）三档碎石。碎石级配满5~31.5mm连续级配要求，压碎值19.4，针片状含量3.2%。
机制砂：母岩采用石主隧道爆破开挖出来的石灰岩，抗压强度120.9Mpa，机制砂表观密度2750kg/m，泥块含量0.1%。
外加剂：采用江苏超力CPA-R缓凝高效减水剂。减水剂减水率为23%，凝结时间差为135min。
整个配合比设计参照普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2011）进行，并依据工程经验，套用河砂混凝土配合比，通过调整砂率以及外加剂的掺量调整混凝土工作性。
本文机制砂混凝土设计为C25及C30混凝土配合比。混凝土配合比见表2。其中各标号的混凝土均设有4个对比试验，其中有两个对比试验为对应的天然河砂所制混凝土，分别见表所示。
3.2 混凝土试配试验
表3 各标号混凝土试验结果
试验结果表明：
（1）机制砂配制C25混凝土工作性良好，不掺粉煤灰外加剂掺量增加0.1%，7d 强度达到设计强度99.6%；掺粉煤灰外加剂掺量减少0.1%，7d强度达到设计强度98.2%；与天然河砂配制混凝土比较而言，在水灰比一致的情况下（因机制砂棱角性原因，适当增大了胶材用量），机制砂配制C25混凝土能达到前者更好的工作性，一方面是由于增加了一定的胶材用量，另一方面机制砂里的石粉与胶材形成复配填充效应，颗粒分布更合理，混凝土浆体显得饱满密实；与天然河砂配制混凝土比较而言，不掺入粉煤灰，机制砂混凝土7d低于河砂混凝土1.0Mpa，掺入粉煤灰，前者高于后者1.1Mpa。
（2）机制砂配制C30混凝土工作性良好，不掺粉煤灰7d强度达到设计强度，掺粉煤灰7d强度达到设计强度97%；与天然河砂配制混凝土比较而言，在水灰比一致的情况下，机制砂配制C30水下桩混凝土能达到前者几乎相同的工作性，尤其是掺入适量粉煤灰（15%）后，混凝土流动性大，浆体包裹性好，无泌水离析，解决了机制砂混凝土易产生的“帽子”现象；与天然河砂配制混凝土比较而言，不掺入粉煤灰，机制砂混凝土7d强度强度均高于前者4.0Mpa，掺入粉煤灰，前者高于后者0.9Mpa。
4 结论与应用
4.1结论
（1）本试验中各标号机制砂混凝土工作性及力学性能均满足要求，对于胶材用量在360kg/m以下的混凝土（C25），较河砂混凝土宜增加10kg/m用量来增加机制砂混凝土工作性，对于胶材用量在360kg/m以上的混凝土（C30），不必增加胶材用量，可获得不低于河砂混凝土的工作性能。
（2）本工程机制砂级配良好，所制混凝土可以满足工程需求，根据此试验配比可以进行后续的工程应用，或通过调整配合比配制其余强度混凝土，同时本工程的试验配比也可为以后的工程应用提供参考和依据。
4.2应用
在已知机制砂混凝土7天强度基础上，采用C20机制砂混凝土浇筑一板，拆模后显示机制砂混凝土颜色均匀，气泡较少，较河砂混凝土外观更胜一筹，能够很好的满足工程需要。见图2。同时机制砂C25混凝土用于隧道二衬结构，机制砂C30混凝土用于水下桩基混凝土，图3为取样试验，坍落度和扩展度均满足要求，能很好的应用于各施工部位。
.png)
图2 右边河砂，左边机制砂
图3 C25及C30机制砂混凝土取样试验
5 参考文献
[1] 喻建伟,姜伟.机制砂混凝土的应用试验[J]. 华南港工. 2006(04)
[2] 杨普新,陈四来.机制砂在高速公路工程中的应用分析[J]. 筑路机械与施工机械化. 2007(05)
[3] 余崇俊,吴大鸿,梅世龙.机制砂高标号混凝土研究现状[J]. 公路交通科技(应用技术版). 2008(S1)
[4] 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. 2008(05)
[5] 刘文萍.机制砂的浅析与质量控制[J]. 山西交通科技. 2008(03)
论文作者:沈大盛
论文发表刊物:《基层建设》2015年33期
论文发表时间:2016/9/7
标签：混凝土论文; 机制论文; 工程论文; 强度论文; 粉煤灰论文; 碎石论文; 含量论文; 《基层建设》2015年33期论文;