機(jī)制砂與天然砂摻配用于襯砌混凝土的配合比設(shè)計實例分析

杜安矞 姚亞靈

中交一公局第二工程有限公司 江蘇蘇州 215000

作為沿海地區(qū)山區(qū)隧道型公路項目，為保證資源合理利用，解決當(dāng)?shù)厣笆夭膮T乏問題，項目決定將隧道宕渣進(jìn)行二次加工生產(chǎn)碎石及機(jī)制砂，用于隧道襯砌混凝土施工生產(chǎn)中。但由于隧道斷面為拱形斷面，且襯砌混凝土需通過模板臺車分窗入模及沖頂，進(jìn)而使得機(jī)制砂加工生產(chǎn)的隧道襯砌混凝土，在泵送澆筑施工過程中易出現(xiàn)流動性低、和易性差等工作缺陷，容易引發(fā)離析等混凝土質(zhì)量缺陷。經(jīng)技術(shù)人員共同研究決定對隧道襯砌C30 P8混凝土進(jìn)行優(yōu)化，確定在細(xì)集料中按照一定比例天然砂與機(jī)制砂混合使用（以下簡稱混合砂），從而提高混凝土流動性，彌補(bǔ)混凝土和易性不足。通過試驗研究證明，混合砂配制混凝土其流動性顯著提高，并且有效預(yù)防混凝土離析、泌水等質(zhì)量缺陷，切實滿足現(xiàn)場施工需求[1]。

1 原材料及混凝土配合比分析

機(jī)制砂加工成本低，可以工廠化集中加工生產(chǎn)，其化學(xué)成分與母材、碎石一致，對混凝土無負(fù)面影響，并且與碎石骨料界面粘結(jié)性較好。但其在施工流動性、和易性等方面也限制了機(jī)制砂混凝土的使用范圍。為了充分發(fā)揮機(jī)制砂混凝土的優(yōu)點，有效控制避免其缺點。決定在保證強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)成本前提下，對細(xì)集料進(jìn)行一定比例摻配天然砂進(jìn)行混凝土工作性能改善。

1.1 原材選用

水泥采用“海螺牌”P·O42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用“浙江天達(dá)牌”F類Ⅱ級；減水劑采用“南京凱迪pc聚羧酸高性能減水劑”；粗集料為項目宕渣二次加工兩級配碎石；細(xì)集料（機(jī)制砂）為項目宕渣二次加工水洗機(jī)制砂；細(xì)集料（天然砂）采用福建閩江天然砂。

1.2 機(jī)制砂與天然砂對比分析

1.2.1 篩分級配對比分析

機(jī)制砂與天然砂各項原材技術(shù)指標(biāo)均滿足《公路隧道施工技術(shù)細(xì)則》JTG/T F60-2009及圖紙設(shè)計要求。并且0.075mm及以下顆粒與天然砂相比較多，對混凝土中粗集料能夠起到良好的相互粘結(jié)作用。但是通過篩分級配發(fā)現(xiàn)，雖然機(jī)制砂整體級配滿足范圍要求，但是2.36mm以上和0.15mm以下顆粒相對較多，2.36mm-0.15mm中間顆粒呈現(xiàn)偏少狀態(tài)，這種現(xiàn)象很容易導(dǎo)致混凝土離析泌水[2]。

1.2.2 顆粒對比分析

從機(jī)制砂與天然砂樣品中肉眼直觀可發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂顆粒呈棱角性且顯尖銳表面粗糙。并且機(jī)制砂中會有少許的片狀存在，而天然砂幾乎沒有片狀表面圓潤，在混凝土的拌和過程中能夠柔和各粒徑集料，間接起到攪拌均勻的作用。

1.2.3 料源對比

機(jī)制砂具有資源豐富、加工受季節(jié)因素影響小，并具有可全年機(jī)械化均衡生產(chǎn)的優(yōu)點。

1.3 配合比對比分析

根據(jù)實際情況分別以機(jī)制砂、天然砂、混合砂為細(xì)集料進(jìn)行混凝土拌和，用以評價水泥混凝土各項工作性能，并且進(jìn)行綜合對比分析。并嘗試通過摻配一定比例天然砂，來消除因機(jī)制砂自身原因而對混凝土造成的不利因素。通過調(diào)整膠凝材料的機(jī)制砂配合比與天然砂配合比試拌結(jié)果對比發(fā)現(xiàn)，由于機(jī)制砂表面呈棱角且粗糙，在提高相應(yīng)單位用水量和減水劑摻量時其和易性流動度的工作性能，沒有單純天然砂混凝土拌和效果好，其坍落度損失與天然砂混凝土相比也較明顯。假設(shè)在水灰比相同的條件下，那么機(jī)制砂混凝土坍落度要遠(yuǎn)小于天然砂混凝土，這里主要是因為機(jī)制砂自身就孔洞和裂隙，使得一部分顆粒成為了礦物顆粒的集合體。這樣就大大增加了機(jī)制砂的比表面積,使得在混凝土拌和過程中會吸附更多的水，從而導(dǎo)致其混凝土的需水量增加，坍落度卻減小的現(xiàn)象發(fā)生。所以機(jī)制砂的表面粗糙，級配不良是影響混凝土工作性能的主要原因。

1.4 混合砂配合比

以機(jī)制砂、天然砂組合混合砂細(xì)集料進(jìn)行摻配拌和混凝土，其目的是降低因機(jī)制砂顆粒原因?qū)е碌哪Σ磷枇?，在保證強(qiáng)度前提下提高以機(jī)制砂混凝土的各項工作性能，并相應(yīng)控制經(jīng)濟(jì)成本。即擬定機(jī)制砂與天然砂分別按50%:50%、53%:47%、56%:44%、59%:41%、62%:38%各平行拌制5次進(jìn)行對比分析。通過五種摻配比例混合砂所拌制混凝土根據(jù)流動性、坍落度、和易性等綜合判斷得出，機(jī)制砂與天然砂按50%:50%、53%:47%、56%:44%所拌和的混凝土工作性能滿足現(xiàn)場隧道襯砌混凝土泵送要求，在經(jīng)濟(jì)成本上也符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)要求；機(jī)制砂與天然砂按59%:41%與62%:38%比例摻配的混凝土綜合比較分析來看，其保證泵送混凝土施工的各項工作性能已經(jīng)趨于臨界點[3]。

1.5 工程實際應(yīng)用

經(jīng)過現(xiàn)場實際拌和驗證得出，在細(xì)集料中按單位用量40%-50%比例摻配天然砂與機(jī)制砂進(jìn)行C30P8襯砌混凝土拌制（天然砂超過50%的摻配比例時，雖能提高混凝土工作性能起到混凝土拌和均勻等效果，但機(jī)制砂不占主導(dǎo)地位，在經(jīng)濟(jì)成本角度來說意義不是很大），能夠有效解決因機(jī)制砂棱角尖銳不規(guī)則、表面粗糙，而導(dǎo)致顆?；ハ嘁Ш显龃罅鲃幼枇?。最終提高泵送混凝土現(xiàn)場施工流動性、和易性，消除離析泌水等質(zhì)量隱患。

2 結(jié)語

通過襯砌混凝土配合比中機(jī)制砂與天然砂按照一定摻配比例的技術(shù)方案，大幅度改善了混凝土流動性、和易性、保水性等各項施工性能，在提高施工效率、降低成本的同時，也能真正做到隧道襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)實外美，在項目施工中取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會影響[4-6]。