机制砂在合福客专耐久混凝土中的应用

摘要：本文通过机制砂和天然河砂在客专耐久混凝土中的对比试验，为进一步推广机制砂在客专耐久混凝土中的应用做简单的探讨。

关键词：机制砂客运专线耐久混凝土应用

工程概况：合福铁路客专闽赣段DK528+450~DK540+416段地处福建闽北的偏远山区，这里山高路陡，弯多路窄，交通极为不便给这里的施工带来了极大的困难。原材料的短缺及跋山涉水的长距离运输对有效的控制工程造价无疑是百害而无一利的。但此山区崇山峻岭，岩系发达且岩石坚硬如铁，大部分都由花岗岩和辉绿岩组成，经试验确定这些坚硬的岩石大部分不含碱活性矿物，可以用于客专耐久混凝土。所以，如何变废为宝就地取材成为了项目部领导班子成功控制工程造价的重要基石。DK528+450~DK540+416这段包含长隧道两座，特大桥一座，无路基，隧道洞渣的处理是让领导头疼的问题，往外堆放既占耕地又污染环境，唯有回收利用是最佳的选择。此段混凝土方量约26万m3，二衬混凝土约13万m3，充分利用洞渣变废为宝可以为项目节约一大笔成本。

概念

1、机制砂

1.1、GB/T 14684-2001《建筑用砂》 人工砂：经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂：由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒；混合砂：由机制砂和天然砂混合而成的砂。

1.2、JGJ 52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》 人工砂：岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的，公称粒径小于5.00mm的岩石颗粒。

1.3、GB/T14684-2011《建设用砂》 机制砂：经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂。本文之所以用机制砂这个名字，是因为我们所用到的砂是由专门机组破碎未风化、质地坚硬的岩石所得，故用机制砂这个名更为确切。

2、耐久混凝土

2.1、耐久混凝土的定义

混凝土结构的耐久性：在预定的作用和预期的维护与使用条件下，混凝土结构及构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。

2.2、耐久混凝土的特点

2.2.1、混凝土结构能长期稳定，保证结构的安全和可使用性。

2.2.2、混凝土工程设计使用年限长，设计要求较高，不是普通混凝土所能达到的。混凝土结构的耐久性主要体现在抗氯离子渗透能力、抗冻性、抗硫酸盐结晶破坏、抗渗、抗裂及强度等。

2.2.3、对原材料的要求严，控制指标多且要求较高。如砂的检验（不包括密度及孔隙率）大大小小就包含了13项检测内容，对含泥量、泥块含量、云母含量、轻物质含量都明显高于国标。

2.2.4、配比设计考虑的因素多，使用年限、混凝土所处的环境、混凝土的强度、便于施工、成品的外表还得美观、不污染环境等。

二、机制砂与天然河砂在客专二衬C30耐久混凝土中的对比试验

1、原材料的检验

1.1机制砂与天然河砂的检验项目及实际检测值见表一

机制砂与天然河砂的检验项目及实际检测值对照表 表一

图一

1.2、该配合比还用到的其他原材料有：水泥，江山南方 P・O42.5、粉煤灰，贵溪源汇Ⅱ级灰、石子，坑口碎石场 采用二级配，按小比大4：6参配，减水剂，山西凯迪KDSP-1聚羧酸盐高性能减水剂，掺量1%。水，搅拌站旁溪水。以上原材料经检验均为合格品。砂、石料含水率均为0%。

2、配比设计及试配试验

2.1、配比设计对照见表二

2.2、配比试验结果对照见表三、表四

机制砂与天然河砂配比试验结果对照表 表四

混凝土抗压强度对照表 表五

图二

三、试验结果分析

从表一看，机制砂与天然河砂要求检验的项目相当，但从实测值来看，机制砂在坚固性、Cl-含量、硫化物及硫酸盐含量、碱活性方面明显优于天然河砂，而这几项指标又恰恰是影响混凝土耐久性的关键所在。根据《人工砂混凝土应用技术规程》JGJ/T241-2011第6.2.4条：当对混凝土耐久性有设计要求时，应采用MB值小于1.4的人工砂。而此机制砂的MB值为0.25远小于1.4，石粉含量为2.6，说明此机制砂非常洁净且石粉含量少，为拌制工作性较好的混凝土提供了有利条件。从表二看，天然河砂的级配明显比机制砂好，都分布在Ⅱ区级配内，机制砂分布就不如天然河砂，且2.50及0.160档稍有超出但超出的总量及档位都在规范允许范围内，机制砂偏粗比较明显。从图一看，天然河砂的级配分布曲线较接近Ⅱ区分布曲线的中间，说明级配理想，机制砂分布曲线接近限线甚至有越线的点，机制砂的级配不好。再看表三，除细集料的品种不同外，每方用相同数量的原材料，为达到充分对比的情况下，试验环境条件及材料都经过了严格的控制，尽量的把误差最小化，来确保试验的可比性。表四，从坍落度来看机制砂较天然河砂大，从泌水率看机制砂基本上不泌水，而天然河砂确泌水明显，这说明机制砂混凝土的和易性较天然河砂好，为什么会这样呢？通过查阅一些资料和进一步试验确定是机制砂中的石粉在起作用，有研究表明当机制砂中石粉含量一定时对混凝土的和易性及工作性有一定的改观。表一里天然河砂的含泥量为0.3%，它的粒形及级配等可能是引起混凝土泌水的原因，但是否如此还得进一步的试验研究证实。表四里其它的试验指标机制砂与天然河砂相近就不多说了。再看表五，早期（3d、7d）强度机制砂与天然河砂相当，后期强度机制砂明显高于天然河砂。从图二看机制砂混凝土强度趋势线与天然河砂接近重合，机制砂强度趋势线基本在天然河砂强度趋势线上说明原材基本相同的条件下，机制砂混凝土的各龄期强度略高于天然河砂，表明机制砂配制混凝土是对混凝土强度有积极作用的。总的来说，机制砂作为混凝土的细集料是利弊双存，总体而言是利大于弊的。虽然机制砂的级配及石粉含量威胁着混凝土的工作性，但这些都能通过采用高水平的制砂设备来解决，是可控、可调的。从上面的数据我们可以看出机制砂对混凝土的耐久性、工作性、强度等都是有利的，故用机制砂替代天然河砂配制混凝土是可行的。从经济角度来看，假设天然河砂100元/m3，此段混凝土约26万m3，每方混凝土用砂按0.5 m3计得260000*0.5*100=13000000元，如使用机制砂那么这笔钱就省下了，且还赚了13000000元，这样算下来就为项目节省下来了26000000万，这是个多么惊人的数字。再加上我国长期持续大规模建设，河砂资源日益枯竭，机制砂取代河砂用做混凝土细骨料是大势所趋。

四、施工过程注意的问题

1、我国机制砂的石粉含量高、颗粒级配差和细度模数偏大，应采用高水平的制砂设备。

2、由于机制砂的细度模数大（中砂的上限，粗砂的下限）故在配制机制砂混凝土时需适当的提高砂率以满足混凝土的工作性。

3、室内确定的配比应在搅拌站拌合楼进行试拌，确定合理的搅拌时间，确保混凝土的匀质性。

4、机制砂颗粒级配及石粉含量对混凝土拌合物工作性能有较大的影响，常规检验对此二项检验切忌掉以轻心，此外还应加强机制砂的抽检工作，确保机制砂质量的稳定。

五、结语

本文主要举例介绍了机制砂在C30结构混凝工程中的应用，机制砂在其他等级混凝土工程中是否也值得推广呢？还得做更多的试验来验证。综上所述，充分利用地才，严格控制原材及合理选用配比，对提高工程质量，解决资源匮乏，工程的工期控制及控制工程造价，推动工程施工进步等起到至关紧要的作用。

参考文献：

【1】谢永江，李化建等 铁路混凝土结构耐久性设计规范TB10005-2010

【2】王金，薛吉岗等铁路混凝土工程施工质量验收标准TB10424-2010

【3】杨长辉，粟元甲等 人工砂混凝土应用技术规程JGJ/T 241-2011

【4】冷发光，丁威等 混凝土质量控制标准 GB50164-2011

【5】陈家珑，杨斌等建设用砂GB/T 14684-2011

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。