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混凝土中机制砂的配合比设计与应用

文摘   2025-01-22 07:01   河南  
我国传统中的砂包括天然砂和人工砂两种，机制砂是经过机械破碎，然后筛分之后制成的。国内外很多学者展开对机制砂在混凝土配合比设计与施工的研究，HudsonBP等人研宄表明机制砂中的石粉能有效的填充空隙，可以在混凝土施工中起到润滑作用，在无泥土时，机制砂中5～10％在用水量较小的情况下能够保持工作性。周中贵研究表明机制砂中含6％～I2％石粉时，能够配置出最佳和易性和强度的混凝土；安文汉等得出机制砂中的石粉的可以较为显著的改善混凝土集料界面结构，改变空隙特征和混凝土晶相Bonavetti等人研宄表明混凝土中如果采用水灰比较低的水泥浆中，石灰石含量越高水化程度越好；吴明威等研究得出相同配合比的混凝土，含少量(2％～6％)石粉机制砂的混凝土相对河砂具有更小的干缩比。

本文较为深入的从理论和试验两个角度分析制砂在混凝土配合比设计和在工程中的应用，主要是研究机制砂混凝比配合比设计和机制砂在混凝土工程中的力学性能，分析具体工程中机制砂混凝土强度、抗渗性以及抗折性能，为建筑工程中混凝土配合比设计以及施工提供有效的参考。
1机制砂试验研究
1.1材料
1.1.1水泥水泥型号P.O42.5，表观密度为3100kg/m3。    
1.1.2机制砂表观密度2690kg/m’，堆积密度1570kg/m3，含粉量11％，石粉含量4.7％，细度模数2.0。
1.1.3细山砂表观密度2620kg/m3，堆积密度l390kg/m3，含泥量6.5％，细度模数1.5。
1.1.4碎石表观密度2750kg/m3，堆积密度1450kg/m3，针片状含量3.3％，压碎指标5.7。
1.1.5粉煤灰表观密度2320kg/m3，紧密堆积密度930kg/m3。

1.1.6膨胀剂UEA型膨胀剂，其表观密度为3000kg/m3，掺量在8～14％之间。
1.1.7外加剂缓凝高效减水剂，减水率在18.4左右。
1.2配合比计算
本文根据施工技术方面的要求选择中砂，细度模数为2.5，将机制砂所占的比例设为X，则计算可得X=0.68，取0.70，3:7为特细砂与机制砂的比例关系。
根据表中试验记录和图1中的回归公式可以得出F取代率ɑ=11.26％，取为12。    
由图2回归曲线可得：当x=49.0时，最大紧堆密194l1kg/m3，β值取为49.0％
配置强度fcl=45+1.645×6=54.9MPa。碎石质量=1941×(1-0.49)kg/m3=990kg/m3。TJF=951kg/m3，ɑ=12。粉煤灰WF=951×0.12=114kg/m3。混合砂质量：WH=837kg/m3。机制砂:特细砂=7:3；特细砂质量：WT=251kg/m3。机制砂质量：WJ=586kg/m3。最小空隙率：Vv=0.275。水泥浆体：Vp=n，Vv=0.344(n取1.25)，Vagg=1-nVv=0.656。混合砂的比重为0.3×2610+0.7×2680kg/m3=2660kg/m3。根据强度要求水胶比取为0.32，膨胀剂的取代率0.12。水泥用量：C=425kg/m3。膨胀剂用量：P=58kg/m3。用水量：W=188kg/m3。
本文减水剂掺量为0.8％，根据减水率的减少效果可以计算用水量，通过试验实测得到减水率为15％。用水量的计算：w=189×(1-0.15)kg/m3=160kg/m3；胶凝材料用量：160/0.31-104=396kg/m3；膨胀剂用量：P=396x0.12=47.2kg/m3；水泥用量：C=396×0.88=348kg/m3；减水剂用量：396×0.008=3.18kg/m3；混凝土的容种在加减水剂前，计算为2426kg/m3。    
在搅拌混凝土的时候加减水剂之后水和水泥的用量都会降低，降低的部分采取填充的办法达到紧密堆积，在工程中一般采用粉煤灰、砂子以及石子的最紧密堆积状态对这些降低的部分进行填充。
因此，故有WH+WF+WG=I869kg/m3；WH:WF:WG产7.35:1:8.69；混合砂质量：WH=808kg/m3；粉煤灰质量：WF=110kg/m3；碎石质量：WG=956kg/m3；特细砂的质量：WT=242kg/m3；机制砂的质量：WJ=566kg/m3；最后配比为：水泥:特细砂:机制砂:石子:水:粉煤灰:膨胀剂:减水剂=349:242:566:956:160:110:47.6:3.17。
2机制砂混凝土在在铁路工程中的应用
铁路工程建设中，砂主要用来作为渗水性填料，还可以用于路基、隧道等建筑物的圬工中，在我国的一些山区的铁路勘测中，会有时候出现该地区没有足够的天然砂但石材较多的情况，为此，可以采用爆破和机械轧制等方法将硬质岩石制成机制砂砂，本文根据一个具体的铁路工程的案例分析机制砂的应用情况。
2.1工程背景
某铁路全长1142km，于2001年6月29日开始进行建设，2006年7正式建成并开始通车，土石方总量7.820×107m3，花费330.9亿的巨额投资，该工程使用较多的高性能混凝土，而且当地有较为丰富的石灰石，能够满足质量要求的河砂资源比较少，而且整体质量不稳定如果从其他地方输运质量较好的河砂，价格方面相对较高，为了降低工程成本并保证工程质量，该工程充分利用该地区的石灰岩，采用机制研进行混凝土施工。    
2.2施工情况
本工程对机制砂的生成控制要求较高，对级配和石粉的含量都进行严格的控制，为此选用干净和强度满足要求的母岩作为机制砂的原材料，在制砂设备上选择锤击式的生成工艺。材料情况和上文情况相似，石子粒径采用5～40mm，且为连续级配。工程的实际使用配比为，水泥:机制砂:石子:水:膨胀剂:减水剂=331:777:1271:184:46.8:3.84。
机制砂在进行混凝土拌和的时候的粘聚力较大，振捣密实比较困难，而且在施工中会出现表面泌水的现象，为此机制砂的配合比要同河砂一起掺配，发挥两种材料各自的优点，并掺有些加高效减水剂，增加混凝土的粘聚性，减少泌水现象。机制砂的含粉量<15%。对于铁路工程的混凝土，根据现场实际，振捣采用平板振捣器，振动器的振动时间控制在15s～20s之间，模板边缘、传力杆和预埋件附件采用插入式振动器，并刮走多余的混凝土，混凝土表面要做到平整，不露石子。
2.3试验数据
据该铁路工程的施工情况，一共制作22组混凝土抗压试件和抗折试件，试验结果如表。    
由表2、3可知，机制砂通过掺配少量的河砂混凝土能够满足铁路工程中的试验指标均的设计要求，施工的混凝土质量达到使用的要求，该工程在造价方面也得到了有效的控制，机制砂的配合比要体现高性能混凝土的一些应用实践，通过控制混凝土浇筑过程中的和易性和脱落度等，可以较好将机制砂推广到铁路工程中，本实验也说明机制砂在铁路工程混凝土的应用是可行的。
4结论
本文较为深入的从工程实践和试验两个角度分析机制砂在混凝土工程中的力学性能，结合具体的工程案例对机制砂混凝土强度、抗渗性以及抗折性能就进行了分析。根据得到的试验现象和数据，并结合相应的理论研究成果，得出了以下主要的结论。
(1)本文提出的机制砂混凝土配合比设计思路能够充分发挥掺和料外加剂的作用，混凝土具有比较的和易性和抗泌水性能。
(2)机制砂在工程应用中还没有广泛的推广，通过实验分析得出混凝土机制砂控制指标为：压碎指标<25；细度模数在2.6～3.2；石粉含量在4～6％之间；砂含量>70％，生产工艺采用湿法生产。
(3)通过工程案例应用分析，机制砂在混凝土工程中能够较为广泛的应用到实际工程中，可以提高混凝土的质量和造价，由于铁路工程的重要性和特殊性，推广机制砂混凝土在铁路工程中应具有较为重要的现实意义，本文的结果能为机制砂混凝土的配合比设计及应用提供参考。    
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