不同砂率對路用卵石機制混凝土的影響試驗分析

毛 帥，邢晗翰，夏 彪，王志強，謝政專

(1.中國葛洲壩集團第一工程有限公司，湖北 宜昌 443008；2.廣西道路結(jié)構(gòu)與材料重點實驗室，廣西 南寧 530007；3.廣西交科集團有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

隨著我國西南地區(qū)交通行業(yè)的高速發(fā)展，公路建設(shè)項目數(shù)量與日俱增，對混凝土的用量也隨之增加，同時也一并增加了砂石的用量。但隨著近年來我國砂石的大量開采，天然砂資源日益緊缺，在廣西、貴州、四川等西南地區(qū)這一情況尤為嚴(yán)重，因此，采用機制砂代替天然砂已經(jīng)成為發(fā)展趨勢[1-2]。卵石是一種天然的橢圓形顆粒，直徑在60～200 mm，開采便利，在廣西區(qū)內(nèi)分布較多，適合用于制備機制砂[3]。

目前已有學(xué)者對機制砂混凝土展開研究[4-6]，但針對路用卵石機制砂混凝土相關(guān)特性的研究報道相對較少。因此，本文設(shè)計了多組試驗，對不同砂率下卵石機制砂混凝土的工作性能展開了分析研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

本次試驗所用到的卵石機制砂混凝土試驗原材料采用的粗集料和細集料符合國家標(biāo)準(zhǔn)《公路水泥混凝土路面施工技術(shù)細則》(JTG/T F30-2014)，其技術(shù)指標(biāo)以及級配曲線如表1～2和圖1～2所示。

表1 卵石機制混凝土粗集料技術(shù)指標(biāo)表

表2 卵石機制混凝土細集料技術(shù)指標(biāo)表

圖1 粗集料級配曲線圖

圖2 細集料級配曲線圖

1.2 試驗方法

按照某公路項目實際情況，采用與工地現(xiàn)場相同材料進行室內(nèi)試驗，將不同砂率視作影響因素，以2%梯度調(diào)整砂率，制作多組卵石機制砂混凝土試塊。試塊制作完成養(yǎng)護7 d后對每組混凝土試塊的坍落度、砂漿富余系數(shù)和混凝土強度進行測量并匯總分析，尋找滿足工程要求的卵石機制砂混凝土最優(yōu)砂率。

2 試驗結(jié)果

2.1 砂率對卵石機制砂混凝土坍落度的影響

如表3所示，本次試驗共設(shè)計了7組配合比，每組水泥、水和減水劑的用量不變，僅調(diào)整機制砂和碎石以控制砂率。

表3 不同砂率對卵石機制砂混凝土坍落度的影響試驗結(jié)果表(一次實驗)

為更直觀地顯示砂率對卵石機制砂混凝土坍落度的影響，制作砂率與坍落度關(guān)系的曲線如圖3所示。

圖3 不同砂率對卵石機制砂混凝土坍落度的影響曲線圖(一次試驗)

由表3和圖3可知，卵石機制砂混凝土坍落度隨著砂率的增加呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，砂率在34%～38%時，混凝土的坍落度為30 mm。當(dāng)砂率繼續(xù)增加，坍落度減小。這是由于在水泥漿用量一定的條件下，砂率增大時空隙率和總表面積隨之增大，需要用于包裹集料的漿體也隨之增加，因此導(dǎo)致混凝土變得干稠，坍落度降低。而當(dāng)砂率過小時，雖然集料的總表面積減小，但由于砂漿量不足，不能在粗集料的周圍形成足夠的砂漿層以起到潤滑作用，且使混凝土拌和物的流動性降低，坍落度減小。

為進一步優(yōu)化混凝土配合比，在工地現(xiàn)場適當(dāng)增加水泥漿進行了第二次試驗。由于第二次試驗使用的粗集料來源于工地現(xiàn)場，與第一次試驗略有不同，19 mm篩孔的累計篩余百分率略大于第一次試驗所使用的粗集料，其余基本一致。具體配合比見表4，砂率與坍落度關(guān)系曲線如圖4所示。

表4 不同砂率對卵石機制砂混凝土坍落度的影響試驗結(jié)果表(二次試驗)

由于本次使用的集料與前一次不同，無法將兩次試驗結(jié)果進行直接比較，但與第一次試驗類似的是：隨著砂率的增大，卵石機制砂混凝土的坍落度先增后減。本次試驗砂率為38%時，混凝土的初始坍落度最大。

圖4 不同砂率對卵石機制砂混凝土坍落度的影響曲線圖(二次試驗)

計算第二次試驗的砂漿富余系數(shù)如表5所示。

表5 砂漿富余系數(shù)表

從表5中可以看到，混凝土水灰比為0.36時，砂膠比為1.70。一般而言，砂漿的富余系數(shù)越大，混凝土坍落度越大，但本次試驗中的富余系數(shù)隨著砂率的增大而增大時，初始坍落度已經(jīng)相對穩(wěn)定，其主要原因與第一次試驗類似，砂率增大會導(dǎo)致用于包裹集料的漿體增加，導(dǎo)致坍落度降低。

2.2 砂率對卵石機制砂混凝土強度的影響

不同砂率對卵石機制砂混凝土彎拉強度的影響如表6所示，曲線圖如圖4所示。

表6 不同砂率對卵石機制砂混凝土強度的影響試驗結(jié)果表

圖4 不同砂率對卵石機制砂混凝土彎拉強度的影響曲線圖

從表6中和圖4可以看出，卵石機制砂混凝土的彎拉強度隨著砂率的增大而出現(xiàn)了先增大后減少的情況，砂率為34%時出現(xiàn)了輕微波動，并在38%砂率時彎拉強度達到峰值。

造成卵石機制砂混凝土強度先增大后減小的主要原因為：當(dāng)砂率較低時，水泥漿和砂石組成的砂漿較少，無法充分地包裹粗集料，導(dǎo)致整體混凝土的粘聚性和密實度較差，使其強度下降；而當(dāng)砂率進一步增大時，水泥砂漿漿體過多且干稠，對粗集料的順滑作用降低，導(dǎo)致骨料之間的粘結(jié)性下降從而降低了混凝土整體的彎拉強度。

3 卵石機制砂混凝土路用效果評價

綜合試驗結(jié)果，在某公路工程中選用38%砂率的卵石機制砂混凝土進行攤鋪及28 d養(yǎng)護。滑模攤鋪機在攤鋪過程中，卵石機制砂混凝土粘聚性較好，能夠有效防止出現(xiàn)混凝土泌水離析等技術(shù)問題，利于混凝土路面鋪裝的施工。卵石機制砂混凝土成型抹面且養(yǎng)護完成后，路面未出現(xiàn)明顯的裂縫，說明工程實踐應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)語

(1)增大砂率會使卵石機制砂混凝土的流動性、坍落度以及彎拉強度先增后降，當(dāng)混凝土砂率為38%時，初始坍落度和彎拉強度最大。

(2)以38%為最佳砂率的卵石機制砂混凝土進行工程實踐，綜合施工效果較好，未出現(xiàn)明顯的技術(shù)問題，總體應(yīng)用價值顯著。