机制砂在高性能自密实混凝土中应用的技术研究

江祥雨

摘    要：近年来，由于我国生态文明建设进程的不断推进，各个地区对于天然砂石的资源限采以及环境保护力度也越来越大。并且，各个地区在发展阶段，当地政府也相继出台了禁采河砂政策，进一步地对砂石市场的供应来源进行了切断。所以，为了可以有效地促进工程建设的稳定进行，那么就一定要强化对机制砂的应用和选择。

关键词：机制砂;混凝土;自密实

1  引言

随着天然砂资源的日趋枯竭，国家限采政策陆续出台，许多地区天然砂供应短缺，使用机制砂代替天然砂成为今后发展的趋势。道路桥梁工程中高性能混凝土对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能都有严格的要求，机制砂能否作为细骨料在公路工程高性能混凝土中使用仍处于研究和探索阶段。为了研究机制砂在公路工程中应用的可行性，为机制砂混凝土的使用做好技术储备，本文以机制砂自密实高性能混凝土为载体展开试验研究。

2  机制砂混凝土目前应用现状

日本在20世纪80年达关于砂石产量调查表明，机制砂石：天然砂石大致为1：0.9，到90年代该比例增长到1：0.5。日本的黑川部第四坝就是采用了机制砂与天然砂配置的混凝土来作为细骨料。2007年开工建设的南水北调东线穿黄河工程也采用了机制砂混凝土。国家重点规划的汕（头）昆（明）公路广东境内重要的一段汕揭高速公路桥梁也推广应用了机制砂混凝土。中铁大桥集团承建的我国第一座跨海大桥东海大桥，在细骨料中掺入了30%～40%的机制砂取代天然砂生产高性能混凝土，其强度和弹模都略有增长。

3  机制砂混凝土特性

3.1  机制砂混凝土的工作性能比较

以某自密实混凝土配合比为基准，仅更换细骨料的条件下，通过调整单方混凝土用水量和外加剂掺量来调整混凝土状态，试验结果如表1。

因此，相对于河砂混凝土，单方混凝土用水量增加了5kg，外加剂掺量增加了0.2%～0.25%时，混凝土工作性能能够满足工程要求。

3.2  石粉含量对机制砂混凝土性能的影响

石粉含量是指机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量。MB值根据GB/T 14685的定义为：用于判定机制砂中粒径小于75um颗粒的吸附能力的指标。分别采用不同石粉含量和MB值的机制砂进行混凝土拌合，对比其性能如表2。

从这三批机制砂中MB值和石粉含量对比可以看出，造成不同机制砂混凝土拌合物性能差异的主要原因为，机制砂的MB值不同。机制砂MB值主要原因是其含有的石粉对外加剂和水的吸附能力较大，从而影响了混凝土用水量，因此石粉含量和MB值是影响机制砂混凝土用水量和外加剂掺量的主要因素。

4  机制砂自密实混凝土配置

4.1  原材料

配置采用原材料如表3。

4.2   配合比设计

设计强度：C35自密实混凝土。

4.2.1   配合比的计算

（1）粗骨料体积选定及质量计算。根据JGJ 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，SF1级的粗骨料体积为0.33～0.35，选择0.34作为骨料体积。

粗骨料密度为2600kg/m3，粗骨料计算用量为884kg/m3。

（2）砂质量。砂浆体积为1-0.34=0.66m3。根据JGJ 283，选择砂体积分数为0.45，则砂体积为0.297m3。砂子密度为2650kg/m3，则砂计算质量为787kg/m3。

（3）胶凝材料浆体体积。根据JGJ283公式计算，胶凝材料浆体体积为0.363m3。

（4）胶凝材料表观密度。粉煤灰掺量为25%，根据JGJ283公式计算，胶凝材料的表观密度为2850kg/m3。

（5）水胶比。根据JGJ283公式计算，水胶比为0.42。

（6）胶凝材料用量。根据JGJ283公式计算，胶凝材料用量为457kg/m3，水泥用量为342kg/m3，粉煤灰用量为115kg/m3。

（7）用水量。根据JGJ283公式计算，用水量为193kg/m3。

（8）理论配合比。计算出的理论配合比为：

mw：mc： mf ： ms ： mg： mA=193：342：115：787：884：5.48

4.2.2   试拌

（1）试拌自密实混凝土应先检测混凝土拌合物的自密实性（填充性、间隙通过性、抗离析性）是否符合设计和施工要求。

填充性——扩展度、T500

间隙通过性——J环

抗离析性——静态离析柱

使用计算出的配合比进行试拌，发现混凝土的扩展度过大，降低单位用水量后，保持水胶比不变，混凝土比较粘，流速不佳。通过降低单位胶凝材料用量及增加单位骨料用量，来改善混凝土的和易性。

4.2.3   混凝土强度推衍试验

根据试拌的配合比的结果，增大或减少一定量的胶凝材料（25kg），外加剂用量根据试拌结果调整掺量至合适的扩展度，进行试验，确定基准配合比在增加或减少胶凝材料时，是否仍能满足要求。

4.2.4  调整和确定

基准混凝土配合比的实测密度为2300kg/m3，计算密度为2320kg/m3。经计算，混凝土校正系数为0.991，大于0.98，混凝土各材料用量不需要進行调整。由于自密实混凝土受胶凝材料、用水量、外加剂用量等因素影响较敏感，基准配合比胶凝材料减少时，J环通过性稍差，但强度等仍满足要求，因此以基准配合比满足设计要求，作为实验室配合比。故，C35自密实混凝土实验室配合比如下：

mw：mc：mf ：ms ：mg ：mA=180：337：112：795：896：5.39

4.3   耐久性能

通过对混凝土耐久性能进行检测，结果如表6。

5  机制砂混凝土施工技术

5.1  原材料验收

机制砂进场时要严格按照规范标准和设计文件的要求，足够频率地进行抽样检测，对刚投入生产或生产线不稳定的机制砂应加大检测频率，重点控制颗粒级配、压碎指标、细度模数以及石粉含量、MB值等对混凝土性能影响较大的指标。

5.2  混凝土拌和

（1）严格控制称量误差，计量设备要定期经有相关资质的单位进行标定，过程中还要对量系统进行不定期核查。（2）混凝土拌和宜采用双卧轴强制式搅拌机，对于普通混凝土要求搅拌时间不低于120s，对于C50及以上强度等级混凝土要求搅拌时间不低于180s。（3）拌合过程中要根据现场施工条件，控制好出机坍落度，根据季节变化和原材料变化调整外加剂成分。

5.3  拌和物输送

运输过程中要保证罐体转动，罐车抵达施工地放料前要高速旋转罐体2min，避免出现离析现象，实现充分搅匀拌和物的目的。严禁私自加水拌合。

5.4  强化养护

对于混凝土养护来说，其是混凝土浇筑施工阶段一个非常重要的组成部分，科学且有效地进行养护工作，能够为混凝土的固化营造一个相对良好的环境，最大程度的规避了裂缝的出现。一般，与河砂混凝土相比，机制砂混凝土的水分含量非常多，空气中散失相对较快。所以，为了能够有效地避免混凝土由于早期水分散失而出现开裂现象，还应该加大对养护工作的重视。在具体的养护阶段，当混凝土浇筑振捣完成之后，应该在表面覆盖一层土工布或者草席，然后洒水进行养护，依照外界的温度以及湿度等条件，有效地对洒水量以及次数进行把控，以保证混凝土能够得到有效的固化，全面提高混凝土强度和质量。

6  结束语

综合而言，随着天然砂短缺的形势日益严峻，开展机制砂在商品混凝土中的研究应用势在必行，而如今我国道路和桥梁建设的快速发展，工程中的变截面L形、T形梁结构等复杂结构越来越多，钢管混凝土、薄壁结构混凝土等难以振捣部位混凝土，因此应把机制砂尽早应用于高性能自密实混凝土中。同时，混凝土在对机制砂进行应用的过程中，还应该严格的依照相关标准和要求进行操作，坚决不能够草率行事，有效地对相应技术进行制定，科学的对方案进行优化，以确保机制砂的应用更加合理和科学。

参考文献：

[1] 焦楚杰，孙伟，高培正.钢纤维超高强混凝土动态力学性能[J].工程力学，2018（8）：86～89.

[2] 戎志丹，孫伟，张云升等.高与超高性能钢纤维混凝土的抗侵彻性能研究[J].弹道学报，2018（3）：63+67.