浅析荣乌高速公路新线工程混凝土用砂质量控制措施

2023-05-10周友杰

中国水运 2023年4期

周友杰

（中交四航局第二工程有限公司，广东广州510000）

1 工程概况

荣乌高速公路新线工程位于河北省北部，工程线路总体呈东西走向，途经廊坊、保定等地，线路全长72.8km，本文依托施工段ZT8 标段，标段长5.7km。项目受交地滞后及疫情影响，为确保节点工期，混凝土早期强度要求较高。因此，在参考大量经验基础上[1～3]，为保障其早期强度采取较小水胶比及用水量，但同时这一措施增加了混凝土减水剂掺量，易引起混凝土黏重，对减水剂敏感性增强[4]。且本项目跨越了河北地区整个冬季，冬期对混凝土原材料保温加热提出了更多挑战。另外，本工程所处地雄安地区建设如火如荼，合格砂石料处于供不应求状态，混凝土用砂质量波动对混凝土拌合物性能影响极大[5]，极有可能造成严重的质量事故。

综上所述，本文所依托工程对混凝土质量有较高要求，且所处地混凝土用砂较为紧张，以及施工跨越北方冬期，混凝土质量保障较为困难。基于此，本文开展相关探究工作，形成了混凝土用砂从生产、运输、储存到使用的全过程质量控制措施。

2 混凝土用砂质量择优措施探究

2.1 混凝土用砂测试指标分析及质量控制措施

混凝土用砂应严格控制其含泥量，砂中含泥量过大，会对混凝土新拌性能及硬化性能造成极大影响，进一步影响工程建造品质[6～7]，因此为保障混凝土质量，应严格控制混凝土用砂含泥量。项目需砂量较大，需将周边砂场砂运输至项目部水洗。测试了混凝土水洗前后含泥量变化，结果见表1 及图1所示。

表1 混凝土用砂的含泥量指标检测（%）

如表1 及图1所示，一次水洗之后，混凝土用砂含泥量在2.8%～4.1%之间，较未洗之前含泥量大幅度降低，含泥量最低降低了4.4%，含泥量最高降低了6.0%。二次水洗之后混凝土用砂含泥量在0.8%～2.6%之间波动，相对于一次水洗，二次水洗混凝土用砂含泥量最低降低了1.4%，含泥量最高降低了2.0%。二次水洗之后，混凝土用砂含泥量集中在1.6%左右，基本可满足生产需求。

图1 混凝土用砂含泥量

混凝土用砂的细度模数对其新拌性能同样具有较大影响，不同细度模数用于混凝土中混凝土性能完全不同[8]。通常认为混凝土材质和制备工艺相同时，高性能混凝土用砂级配宜选用Ⅱ区中砂，其细度模数通常为2.6 ～2.9[9]。对项目所在地周边产砂进行了调研，结果见图2所示。

如图2所示，项目所处地周边所产砂子细度模数仅有少数超过了3.0，更多集中在2.4 ～3.0 之间。基于此，为保障混凝土质量及混凝土用砂供应量，项目采取将砂细度要求定于2.4 ～3.0 之间，并对所用砂细度模数进行定期抽检，一旦发现其不符合要求，禁止其进入储备仓内。

图2 混凝土用砂细度模数

3 基于混凝土用砂质量控制的配合比设计探究

3.1 混凝土原材料及配合比

选取了张家口河砂、阜平河砂、唐山掺配砂、易县掺配砂开展了混凝土配合比设计研究，粗集料为涞水产5～31.5mm 级配碎石；水泥为金隅P.O42.5 普通硅酸水泥；粉煤灰为区Ⅰ级粉煤灰；矿粉为S95 级矿粉，减水剂为苏博特聚羧酸高效减水剂，配合比及砂指标见表2 及表3所示

表2 混凝土配合比(kg/m3)

表3 各产地砂的技术指标

3.2 混凝土适配结果分析

以表2 配合比及表3 混凝土用砂开展混凝土配合比适配工作，试拌结果见表4。

表4 不同产地河砂C50 配合比试拌结果

由表4 可知，不同产地混凝土用砂均可通过减水剂或砂率调整，使新拌混凝土坍落度达到设计要求。但混凝土和易性较差，出现黏重、泌水等现象。黏重、泌水等和易性不佳的混凝土，不仅影响施工，还会导致混凝土表面开裂，侧面水纹，分层，砂线等质量问题，出现回弹时明显底部奇高，表面较低的混凝土“混”不好的现象[10]。

3.3 减水剂适应性配方调整及优化措施

新拌混凝土出现黏重、泌水现象主要是其体系中不能形成稳定胶体引起的。新拌混凝土胶体指直径为1～100nm 的颗粒物质，由胶材颗粒水化形成，聚羧酸减水剂含有植物纤维素、糖分海藻酸钠等组分，同样可形成该物质[11]，因此通过调整减水剂配方弥补混凝土用砂引起的黏重、泌水，改善混凝土拌合性能是完全可行的。基于此，为改善项目混凝土用砂给新拌混凝土带来的负面影响，通过与减水剂厂家技术人员沟通，形成了如下改善措施：

（1）张家口、唐山砂减水剂配方相同，唐山砂增加0.1%的减水剂掺量，阜平和易县砂增加0.3%的减水剂；

（2）更改了减水剂配方，改变了减水剂各组分的比例，增加了增粘剂及保坍剂含量，保障了减水剂掺量不变的情况下混凝土新拌性能满足设计要求，有效改善了混凝土黏重、保坍不足、凝结时间长等工作性问题；

（3）为防止不同产地混凝土用砂混合使用或选错对应的减水剂，试验室和物资磅房管理员对接，将不同的砂分仓存放，备料场划区域备料，严禁混堆；

（4）不同配方减水剂进场先进行编号，混凝土生产时，试验员首先确认料仓内砂的产地，细度模数大小，从而确定砂率和选定相应编号配方的减水剂；

（5）混凝土生产后加大混凝土拌合物性能的检测频率，符合要求后方可发车。

通过以上措施，做到了混凝土原材料的准确把控，混凝土配合比能够对应砂场的变化，砂石料的变化对混凝土拌合物性能的影响基本消除。

3.4 混凝土用砂含水率控制措施研究

本文依托项目混凝土用砂均为水洗砂，因工程所处地周边工程量巨大，合格砂源一直处于供不应求状态，砂场水洗砂当天即转运至搅拌站，混凝土用砂含水率波动较大。本项目混凝土配合比设计基于低用水量、低水胶比、早强的原则，减水剂是高性能聚羧酸型，减水率较高，对水量变化非常敏感。水洗砂含水率变化若未在施工配合比中及时体现，则混凝土拌合物出现很粘稠或离析现象，严重影响混凝土拌合物性能，对施工不利。基于此，对搅拌站不同批次进场砂进行了含水率变化测试，结果见表5所示，同时计算了混凝土用砂含水率降低情况（前一天混凝土用砂含水率减去当天混凝土用砂含水率，进场含水率变化取0）。

表5 砂含水率变化

由表5 及图3 可知，不同批次混凝土用砂进场时含水率在8.6%～12.1%之间波动，含水率较高。随着放置时间的延长，不同批次混凝土用砂含水率均呈下降趋势。且可发现随着放置时间延长，混凝土用砂含水率变化逐渐趋于平缓。究其原因，本文所依托项目混凝土用砂为水洗砂，含泥量控制在较低水平，同时水洗过程会丢失部分细集料，造成混凝土用砂保水性较差，因此随着放置时间延长，混凝土用砂含水率前期波动大，后期波动小。混凝土用砂放置4d 时间，混凝土用砂含水率在5.3%～5.6%之间波动，且含水率波动较小。

图3 含水率降低差值

针对混凝土用砂含水率变化情况，在保障项目工程顺利进行基础上，制定了如下措施：

（1）对混凝土用砂大量备料，坚持分仓、逐次使用，尽量使料仓中砂至少存放四天且含水率稳定后使用；

（2）对上料铲车司机进行严格交底，严格按照试验室要求上料。不得贴地将水和砂一起铲起上料；

（4）加大砂含水率、施工配合比、混凝土拌合物等的检测频率。

3.5 冬期施工混凝土用砂温度控制

因项目工期紧张，需在河北冬期连续施工，项目11月份进入冬期，来年2月份结束，最低温度-18℃。冬期之前根据以往经验，需确保冬期混凝土出机温度在16℃～20℃之间，结合热工计算，当采取55 ～60℃热水时，砂的温度不得低于3℃。基于此，建立了封闭料仓，并于料仓底部预埋了地暖管道，对冬期用砂进行了地暖加热。