机制砂泵送混凝土的配合比设计

文摘 2024-09-07 07:21 河南

引言

随着改革开放的不断发展。国家基础建设的逐步扩大。混凝土的需求在不断增加。随之而来对混凝土中的河砂的需求量也在不断增大。目前我国大多数地区混凝土用砂均为天然砂。但随着基础建设脚步的不断加大，天然砂资源日益减少，混凝土用砂矛盾需求日益突出。特别是随着高速公路网的日趋完善,目前高速公路建设逐步转向山区,交通闭塞,运输不便,天然砂资源少,而山区生产机制砂较多。本文结合长平高速公路泵送混凝土的配合比设计和施工，介绍了机制砂在泵送混凝土的应用及质量控制要点。

长平高速公路是山西省高速公路网“三纵十一横十一环”的重要组成部分。LJ4合同段全长1.78公里，包括路基、桥梁、涵洞、隧道、排水等防护工程，主要有梯后2#大桥、白母塘大桥、梯后隧道。

本标段地处山西省平顺县虹梯关乡梯后村，山高路险，地势陡峭，信息闭塞，环境差，工期紧，给施工生产和工程任务完成带来极大挑战。受本地自然环境条件限制,没有天然砂资源,若从100公里外的林州运输符合要求的中粗砂,单价为130元/m³,而当地盛产机制砂,单价仅为40元/m³,因此就近购买机制砂用于混凝土施工,不失为最佳选择。

1设计思路

机制砂由于表面形状差、颗粒级配不理想、且级配波动较大,容易造成混凝土的和易性不佳,混凝土的质量不易控制。所以,为较好地掌握机制砂混凝土的性能特点,配制出技术性能指标与经济指标均较合理的混凝土,我标段试验室采用林州产河砂与机制砂按适当比例掺配的混合砂并采用粉煤灰等量替代部分水泥用量进行了泵送混凝土（强度等级C25、抗渗等级P8）的配合比设计。

2配合比设计

2.1原材料选择

2.1.1水泥

水泥宜选用品质稳定的普通硅酸盐水泥。水泥的技术要求除常规性指标如标准稠度、凝结时间、安定性、胶砂强度、细度等满足《通用硅酸盐水泥》（GB175）的规定外，尚应定期对水泥的游离氧化钙含量、碱含量、熟料中的C₃A含量、氯离子含量进行检测。

本工程采用安阳海皇P.O42.5水泥，经检测各项指标满足要求。

2.1.2细集料

（1）机制砂：采用平顺县梯后村产机制砂（MB值为0.9）。除对常规试验检测项目筛分、细度模数、石粉、泥块含量、堆积密度、空隙率等进行检测外，对云母含量、轻物质含量、氯离子含量、硫化物及硫酸盐含量等有害物质含量进行限值控制。

本工程采用机制砂细度模数为3.1、表观密度2.634g/cm³。

我标段试验室对选用的机制砂及河砂进行反复掺配试验，最终确定在其它指标均满足规范情况下且细度模数为2.6～2.9时河砂:机制砂=20%:80%～40%:60%范围内，符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）对于泵送混凝土用河砂的质量要求。

2.1.3粗集料

宜选用质地均匀坚硬、粒形良好、级配合理洁净的碎石或卵石。采用三级配，其松散堆积密度大于1350kg/m³,紧密空隙率小于45%，吸水率小于2%。除对常规常规检测项目筛分、含泥（块）量、针片状含量、堆积密度、空隙率、压碎值、表观密度等进行检测外，对其中有害物质含量进行限制控制。

本工程采用平顺县梯后产4.75～9.5mm、9.5～19mm、16～31.5mm三级配碎石，掺配比例为15:55:30合成4.75～31.5mm连续级配。表观密度2.68g/cm³、压碎值17.0%、紧密空隙率38%。

2.1.4掺合料

应选用品质稳定、来料均匀的矿物掺合料。根据混凝土配比设计以及原材选用便捷经济考虑，本工程选安阳电厂产的F类II级粉煤灰。技术要求及检测结果见下表。

2.1.5外加剂

外加剂依据规范标准及业主要求选用高性能减水剂，减水率高、坍落度损失小、适量引气并与水泥具有良好的相容性、能明显改善混凝土流动性和提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。

本工程根据试验选用山西桑穆斯聚羧酸高性能减水剂：型号HPWR-R，掺量1.0%。主要技术指标及检测结果见下表：

2.1.6水

符合国家标准的饮用水可直接作为混凝土拌制和养护用水，当采用其他水源时对水质进行检验。指标符合《混凝土用水标准》（JGJ63）要求。

本工程采用当地地下水，技术指标及检测结果如下表：

2.2配合比设计要求

依据图纸设计所处环境等级E级，设计强度等级C25、抗渗等级P8,坍落度140～180mm，计算容重为2450kg/m³。

3配合比设计计算过程

3.1确定试配强度（f_cu,0）

根据JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，混凝土试配强度采用下式确定:

f_cu,0≥f_cu,k+1.645σ=25+1.645×5.0=33.2（MPa）

3.2计算水胶比（W/B）

W/B=a_a×f_b/(f_cu,0+a_a×a_b×f_b)=0.53×0.90×1.16×42.5/(33.2+0.53×0.20×0.90×1.16×42.5)=0.62

根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011及《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）的要求，设计使用年限100年环境作用等级E级时，泵送混凝土最大水胶比为0.60，最小胶凝材料为300kg/m³。根据现场原材料及施工情况取水胶比0.45。根据外加剂的减水率及查表计算单位用水量160kg/m³。

3.3计算1m³混凝土各项材料用量

①每立方米混凝土中胶凝材料用量=160/0.45=356kg，外加剂掺量为1.0%，即3.56kg,混凝土中粉煤灰掺量为胶材总量的25%，则粉煤灰在混凝土中用量为356×25%=89kg，水泥用量为267kg。

②砂率取β_s=42%

③粗骨料和细骨料用量的确定采用重量法应按下列公式计算得砂812kg，碎石1122kg。

④试配用理论配合比为：

水泥:粉煤灰:（机制砂+河砂）:碎石:水:外加剂=267:89:812:1122:160:3.56

3.4试配、调整及强度检验

我部试验室依据前期试验采用河砂:机制砂=20%:80%～40%:60%，即细集料机制砂百分率为60%～80%进行试配，试验结果见下表：

根据试验结果及综合经济性、工作性的考虑，我部最终确定细集料中机制砂百分率为70%。配合比为：

水泥:粉煤灰:机制砂:河砂:碎石:水:外加剂=267:89:568:244:1122:160:3.56

4质量控制要点

4.1施工前的质量控制

4.1.1原材料的控制

①细集料：机制砂细度模数应控制在±0.2左右，石粉含量控制在±2.0左右；如变化超过此范围，应对拌混凝土配合比进行调整；河砂含泥量及级配应控制在规范要求范围内；

②外加剂：重点控制减水率及与水泥的适应性；

③粗集料：重点控制集料的级配、有害物质含量和含水量；

④粉煤灰：重点控制外掺料粉煤灰的细度和烧失量等关键技术指标。

4.1.2拌合设备的控制

混凝土拌合设备应定期保养，计量系统经常检查标定保证称料的准确性，每盘的最大允许偏差应符合如下规定:水泥、粉煤灰±1%；外加剂±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。

4.2施工过程中的质量控制

混凝土组成材料的外观及配料、拌制检查试验，对混凝土的和易性、坍落度等工作性能加强检验，每日开工前必须检测砂石料的含水率，天气变化时随时检测，及时调整施工配合比。

4.3施工后的质量控制

由于机制砂含有一定量的石粉，致使机制砂混凝土的浆体量增加，在早期容易失水产生塑性收缩，后期干燥收缩较大。因此，机制砂混凝土要注重早期和后期的养护，养护时间要比普通混凝土的适当延长，一般控制在14d以上。

5机制砂泵送混凝土使用效果

在施工过程中因采用合理的掺配比例及进行严格的质量控制使泵送混凝土拌合物具有较高流动性、较低的坍落度损失，所以很容易泵送，没有发生堵管现象。同时混凝土流动度大填充效果好，保证了混凝土密实性避免了蜂窝麻面现象，提高了混凝土实体外观质量。另一方面，采用了较大掺量的粉煤灰，混凝土更加密实、水化热较低、后期强度能够显著提高。

6结论

（1）通过优化配合比和严格控制施工工艺，用机制砂替代大部分河砂拌制的混凝土施工性良好，浇筑出的构件质量能满足规范要求，实体混凝土表面没有出现开裂，气孔较少。根据现场留样试件的试验结果来看，其耐久性能及强度均能达到设计及规范要求。

（2）机制砂用于混凝土中即可以缓解天然砂资源的不足。同时又可以带来巨大的经济效益及环保效益。

7结束语

综上所述，在机制砂混凝土拌制过程中，适当地提高石粉的掺入量，可以拌制出符合混凝土泵送要求的机制砂混凝土。同时需要严把机制砂泵送混凝土施工材料质量关，科学确定机制砂泵送混凝土施工配合比，强化机制砂泵送混凝土的拌制与养护施工，以全面确保机制砂在混凝土行业中的顺利应用。

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