机制砂在混凝土路面中的应用性研究

魏道凯

摘要： 本文从机制砂的生产工艺入手，分析了机制砂性能与工艺的关系，具体介绍了机制砂在路面工程应用中的控制指标及应用效果。

Abstract： Starting from the production technology of machine-made sand， this paper analyzes the relationship between the performance and technology of machine-made sand， and specifically introduces the control index and application effect of machine-made sand in the application of pavement engineering.

关键词： 机制砂;混凝土路面;应用

Key words： machine-made sand;concrete pavement;application

中图分类号：U414                                      文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）04-0180-03

0  引言

河砂颗粒圆滑，级配良好，比较洁净，在混凝土中作为细集料得到了广泛应用。近期英国《自然》杂志发表的评论，称目前河砂的采掘速度，已经超过了其自然恢复的速度。随着国内环境保护力度的加强，很多河流已禁止河砂的开采。为解决河砂短缺的现状，在混凝土施工中采用机制砂代替河砂已是刻不容缓。

1  机制砂与河砂在混凝土工作性能不同

河砂是天然石在水的长时间反复冲撞、摩擦作用下，形成的有一定质量标准的建筑材料，在混凝土中应用时间长，质量稳定。机制砂是碎石、卵石通过制砂机和其它附属设备加工而成的砂子。通过实验，机制砂的坚固性能逊于河砂，但满足混凝土原材料的相关质量标准。同等条件下，机制砂混凝土的和易性逊于河砂混凝土，为增强混凝土和易性，可采用掺加外加剂、增大砂率、增加用水量的方式解决。

2  机制砂的生产工艺

机制砂的生产工艺有干法和湿法、半干法三种两种。要求加工的机制砂颗粒级配稳定，粒形可根据工艺改善，形状与天然砂相近。常规的工艺如图1-图2。

半干法施工工艺介于干法和湿法生产工艺之间，对骨料进行冲洗，机制砂不经过洗砂机进行清洗。

3  青兰高速（鲁冀界）一合同混凝土路面工程机制砂生产工艺

机制砂用于国高青兰线东阿界至聊城（鲁冀界）段高速公路施工一合同的收费广场、服务区、停车区的混凝土面层，设计混凝土弯拉强度等级为5.0MPa。为保证混凝土的施工质量，增大机制砂棱角，减少针片状含量，在传统制砂工艺的基础上增加了机制砂颗粒整形工艺。颗粒落入料斗，进入旋转的叶轮内加速，然后射出，与反弹自由下落的另一部分物料进行撞击，一起冲击到整形机内壁上的衬板上，物料撞击形成连续的物料幕，最后经由排料口排出。在整形机内颗粒互相高速碰撞摩擦、研磨可以破碎变小，颗粒棱角被磨圆，减少针片状含量，颗粒的形状更与河砂接近。

4  机制砂性能指标

4.1 机制砂关键控制指标

4.1.1 粗糙度/s

经过颗粒整形工艺的高品质机制砂粒型较普通机制砂更接近球体，经过颗粒整形工序后其表面粗糙程度降低，棱角更加圆润，使得粗糙度指标低于普通机制砂。

4.1.2 球体类似度

通过对砂颗粒取样，采集数码影像，将影响处理为平面图形，用软件对图形进行分析，计算球体类似度，经过颗粒整形工艺的高品质机制砂的球体类似度与河砂数值接近。

4.1.3 含泥量与石粉含量

①机制砂含泥量宜小于0.5%。机制砂应采用水洗碎石，后破碎制砂的施工工艺目的为严格控制机制砂中的含泥量。

②机制砂的石粉含量不应小于5%，宜在10%至15%之间，但不应大于20%。机制砂应进行亚甲基蓝实验，检测值不应小于1.0。

4.2 本项目机制砂基本指标见表3

5  机制砂在水泥混凝土路面中的应用

5.1 机制砂混凝土配合比的注意事项

①机制砂由于颗粒表面粗糙、级配不良、粒形尖锐，易造成混凝土和易性差，应掺加矿粉改善机制砂混凝土的工作性能，本配合比矿粉的掺量是水泥用量的10%。

②砂率低时，机制砂混凝土易出现离析现象，本配合比在天然砂混凝土砂率的基础上适当提高，按经验选取砂率为40%（天然砂混凝土砂率的经验值在38%）。

③机制砂混凝土易出现离析、泌水现象，在满足混凝土塌落度要求的前提下，应掺加减水剂，降低用水量。本配合比采用NOF-AS聚羧酸系高性能减水剂，掺量为1.6%，减水量为28%。

5.2 本项目配合比设计

①本项目设计要求28天弯拉强度为5.0MPa，配制28天弯拉强度均值为6.0MPa。

②配合比采用济南鲁平建材有限所产粗集料，最大粒径为31.5mm;细集料采用东阿尚伦所产机制砂;水泥为东阿山水东昌水泥有限公司所产“山水东岳”P.042.5水泥;采用山东华伟银凯建材科技股份有限公司产的NOF-AS聚羧酸系高性能减水剂;采用东阿县永固矿渣微粉有限公司所产矿粉。

③根据施工要求，确定混凝土的塌落度为20-40mm，经过计算、试拌、28天抗折强度，确定的配合比为：水泥：砂：碎石：水：减水剂：矿粉=392：742：1113：137：6.272：39，28天抗折强度为7.76MPa。

④对混凝土依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）进行检测，耐磨性技术指标要求≤3.0，机制砂混凝土实际检测结果为1.784，符合《公路水泥混凝土路面施工技术细则》（JTG/T F30-2014）中高速、一级公路等级耐磨性的技术要求。用河砂代替机制砂，其余原材料和配合比不变，混凝土耐磨性检测结果为1.664，河砂混凝土的耐磨性指标优于机制砂混凝土。

6  结束语

国高青兰线东阿界至聊城（鲁冀界）段高速公路已于2019年10月通车，采用机制砂施工完成的混凝土路面无断板现象，抗折强度满足规范要求，机制砂在水泥混凝土路面中的应用取得了成功。

经过实验，河砂混凝土路面的耐磨性优于机制砂混凝土路面。对于路面混凝土所采用的机制砂，应增加颗粒整形工艺使其粗糙度指标和球体类似度与河砂相似。增加矿粉用量会提高混凝土的强度和和易性，但会降低混凝土路面的耐磨性，机制砂混凝土路面的矿粉掺量不宜超过水泥用量的10%。

参考文献：

[1]王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉理工大学，2008.

[2]蒋正武，黄青云，肖鑫，梅世龙，管桂平.机制砂特性及其在高性能混凝土中的应用[J].混凝土世界，2013（01）.

[3]黎鹏平，熊建波，王胜年.机制砂的制备工艺及在某桥梁工程中的应用[J].混凝土，2012（03）.

[4]胡晓曼，李亚男.C80高石粉含量机制砂高性能混凝土试验研究[J].混凝土与水泥制品，2017（03）.

[5]刘秀美，陶珍东.机制砂的特点及其对混凝土性能的影响[J].粉煤灰，2012（06）.