机制砂应用于CFG 桩混凝土的探讨

陈海飞

(杭州同欣工程管理有限公司，浙江杭州 310030)

1 概述

随着我国高速铁路建设的飞速发展，混凝土作为主要的结构材料在工程建设中应用越来越多，地位也越发地重要。细骨料是混凝土的重要组成部分，细骨料的价格对工程造价的影响十分明显;很多人认为混凝土中使用的细骨料就是河砂，但在我国西南部地区，天然砂资源稀少，分布不均匀，运输成本高，这些势必会增加工程造价。而现在机制砂替代河砂应用于混凝土生产的技术越来越成熟，因此沪昆客专云南段大力推广机制砂生产高性能混凝土。但未经二次加工的机制砂原砂石粉含量在10%～20%之间(文中提到的机制砂原砂均指岩石经粉碎筛分后，未经二次加工的最大公称粒径小于5 mm的岩石颗粒)，与国家标准要求的石粉含量限制相冲突，所以混凝土用机制砂一般使用水洗后的机制砂。

CFG桩施工中使用的低强度混凝土胶凝材料用量较低，而水洗砂中石粉含量只有6%左右，且水洗机制砂颗粒尖锐有棱角、表面粗糙，从而导致混凝土的和易性较差，而CFG桩的施工工艺比较特殊，其使用的混凝土是低强度泵送混凝土，这就对混凝土的和易性提出了较高的要求。而在CFG桩实际施工过程中，发现使用水洗机制砂配置的低强度泵送混凝土工作性能较差，施工进度较慢，针对以上缺点，本文通过实验来探讨机制砂原砂配置低强度泵送混凝土应用于CFG桩施工的可行性。

《高速铁路路基工程施工技术指南》(铁建设［2010］241号)说明表5.14.2规定，CFG桩混凝土用机制砂MB值小于1.40时，石粉含量不超过15%，而本标段施工所采用的机制砂原砂石粉含量在12%左右，MB值小于1.40，符合规范要求。经检测，该机制砂原砂其他指标也符合国家标准，可以应用于生产CFG桩施工用混凝土。

2 实验材料与方法

2.1 实验材料

1)水泥:曲靖昆钢嘉华 P.O42.5，3d抗压强度30.5 MPa，28 d抗压强度50.3MPa。

2)粉煤灰:贵州粤黔电力Ⅱ级粉煤灰，本次实验该粉煤灰掺量均为30%。

3)粗骨料:嵩明县大桥石场连续级配碎石。

4)细骨料:嵩明县大桥石场机制砂原砂、嵩明县大桥石场水洗机制砂，两种砂物理性能见表1。

表1 细骨料部分物理性能对比

5)减水剂:山西铁力建材有限公司生产的TL-A缓凝型聚羧酸减水剂，掺量1.0%。

6)防腐剂:山西黄河新型化工有限公司生产的HJ-RMA型液体防腐剂，掺量6.0%。

7)水:嵩明县牛栏江地下河水。

2.2 实验方法

2.2.1 实验原理

本实验设计一种配合比，然后使用2.1节中所用原材料，配置两种混凝土(见表2)，除细骨料不同外，其余材料种类和用量均相同。通过对比两种混凝土的工作性和强度，结合施工现场试桩效果，来判断何种混凝土更适合于CFG桩施工。

表2 两种机制砂配合比(材料用量) kg/m3

本标段路基CFG桩处理段所处环境水有SO3侵蚀，采取掺加防腐剂和增加胶凝材料用量(设计文件要求水泥用量不低于200 kg，胶凝材料用量不低于330 kg)的方法，减少化学环境对混凝土造成的侵蚀，设计坍落度为160 mm～200 mm。

2.2.2 实验方法

1)配合比设计:按照JGJ 55-2011普通混凝土配合比设计规程、TB 10005-2010铁路混凝土结构耐久性设计规范及设计文件要求进行设计。

2)拌合物性能:按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能实验方法标准进行测试。

3)抗压强度:按照GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能实验方法标准进行测试。

4)现场试桩工艺:按照铁建设［2010］241号高速铁路路基工程施工技术指南规定的水泥粉煤灰碎石桩施工工艺流程，对两种混凝土现场使用效果进行对比实验。

3 实验结果及分析

3.1 实验结果

按照表2的配合比，用水洗机制砂和机制砂原砂分别配制CFG桩用混凝土，强度等级为C15，并分别测出其拌合物性能和混凝土28 d强度(见表3)。

表3 相同配比水洗机制砂和机制砂原砂混凝土性能对比

从表3中可以看出，机制砂原砂混凝土强度比水洗机制砂强度低3.7 MPa，但是能够满足设计强度要求;而坍落度损失、粘聚性、保水性等拌合物性能指标，机制砂原砂要明显优于水洗机制砂。

另外，现场试桩施工过程中，机制砂原砂所拌制的混凝土，泵送速度明显优于水洗机制砂混凝土，前者所需泵压更低、灌注更顺利、施工进度更快。这与实验室所测得的两种混凝土工作性能差别相吻合。

3.2 实验结果分析

实验中所用机制砂原砂和水洗机制砂的主要差别是石粉含量和细度模数，尤其是石粉含量差别很大，这也是造成两种混凝土性能差别的主要原因。

石粉是一种细度小，性惰的掺合料，它增加了混凝土中小颗粒的含量，而需水量与其他胶凝材料相比较低，另外它可以和水发生惰性反应，生成柔软的浆体，从而改善了混凝土的和易性;而因为石粉是惰性颗粒，与水反应放热少，因此减缓了混凝土的凝结速度，降低了混凝土的坍落度损失;因为石粉是惰性掺合料，没有活性，不参与水泥的水化反应，故含量过高，不利于混凝土强度的提高，所以机制砂原砂混凝土强度略低于水洗机制砂混凝土强度，但其强度满足设计要求;而机制砂原砂混凝土良好的工作性能，保证了其在CFG桩泵送施工中的顺利进行。

4 结语

本次实验通过对比机制砂原砂和水洗机制砂所配制的混凝土性能，得出如下结论:

1)机制砂原砂和水洗机制砂配制低标号混凝土，在相同配比条件下，坍落度基本相同，但机制砂原砂混凝土坍落度损失明显低于水洗砂混凝土。

2)机制砂原砂混凝土粘聚性较好，无离析泌水现象，而水洗机制砂所拌制的混凝土浆体对骨料的包裹能力较差，有较明显的离析现象。

3)机制砂原砂混凝土保水性能优于水洗机制砂混凝土。

4)机制砂原砂混凝土28 d强度低于水洗机制砂混凝土3.7 MPa，但两种混凝土强度均能满足设计要求。

5)机制砂原砂混凝土较之水洗机制砂混凝土，在现场施工中，对施工进度更有利。

根据上述实验结论明显看出，机制砂原砂所拌制混凝土的工作性明显优于水洗机制砂，更适合于泵送施工。在模拟试桩施工中，机制砂原砂混凝土的施工进度也明显优于水洗机制砂混凝土;其次，机制砂原砂的成本比水洗机制砂成本低40元/t，明显降低了工程造价;最后，水洗机制砂含水率不稳定，在混凝土实际生产过程中，水洗机制砂拌制混凝土质量控制难度比较高，而机制砂原砂含水率基本稳定在1.5%～2.5%之间，更便于混凝土实际生产中的质量控制。

因此，采用机制砂原砂配制低强度泵送混凝土应用于CFG桩施工中，更利于质量、成本、进度三大目标的控制。

［1］ 铁建设［2010］241号，高速铁路路基工程施工技术指南［S］.

［2］ JGJ 55-2011，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［3］ TB 10005-2010，铁路混凝土结构耐久性设计规范［S］.

［4］ GB/T 50080-2002，普通混凝土拌合物性能试验方法标准［S］.

［5］ GB/T 50081-2002，普通混凝土力学性能试验方法标准［S］.