机制砂混凝土在高速公路中的应用与成本分析

(泉州市交通建设质量安全监督站,泉州362000)

机制砂混凝土在高速公路中的应用与成本分析

■张美娜

(泉州市交通建设质量安全监督站,泉州362000)

本文结合厦沙高速公路泉州德化段的工程建设，剖析我省机制砂的应用现状，研究机制砂对混凝土性能影响，提出机制砂混凝土的施工工艺及控制技术，并进行成本分析，大力倡导、推广机制砂混凝土的应用，保护生态环境。

机制砂混凝土应用成本分析

1 引言

机制砂混凝土在内陆省份已经得到广泛应用，但在我省公路工程建设中推广应用却一波三折。泉州厦沙高速公路地处德化段山区，沿线河砂资源紧缺，推广应用机制砂显得尤为迫切。为此，特以机制砂混凝土为研究对象,对其物理力学性能以及控制技术进行研究,并将研究成果用于指导工程实践。

2 机制砂应用的现状分析

目前，河砂的开采管理存在一定疏漏，盗采滥采现象时有发生；部分生产单位采购海砂充当河砂使用；沿海地区机制砂料源不足，机制砂生产企业资质审批困难等原因，严重制约着机制砂市场的健康发展。

其次，对机制砂及机制砂混凝土认识不足，采用河砂质量标准进行评价。未掌握机制砂特性，不理解石粉与泥粉的本质区别，认为石粉含量越低越好，机械地将机制砂等同于河砂替代。因此，出现机制砂混凝土和易性差，水泥用量大等问题，误解应用机制砂混凝土是以次充好。

第三，尚未成熟掌握机制砂生产与质量控制技术。未形成完善的机制砂准入制度和引导机制，缺乏必要的机制砂质量检测及控制手段。在生产工艺设计、主要破碎及制砂设备选用、除粉等关键技术方面均存在问题，从而导致机制砂质量良莠不齐。

最后，对机制砂混凝土的关键施工技术及相应质量控制方法研究还不够深入。在搅拌、工作性调整、浇筑、振捣、养生等相关环节上控制不到位，从而阻碍了机制砂混凝土的推广应用。

3 机制砂与机制砂混凝土的研究与应用

厦沙高速德化段新建路线里程长，工程量大，混凝土需求数量极大，由于河砂数量少，单价高，同时考虑到沿线隧道洞渣生产的碎石丰富，机制砂应用被提上议事日程，这将有利于节约施工成本，保护生态环境。

同河砂相比，机制砂具有颗粒粗糙、多棱角、含有一定量石粉等特点，造成机制砂混凝土外观粗糙，气泡多，易出现微裂缝，因此，必须在使用前对机制砂进行充分试验研究，总结出适用于机制砂混凝土的配制技术，而不能生搬硬套河砂混凝土施工经验。本文以C30盖梁、墩柱混凝土配合比设计为例，对机制砂混凝土进行研究。

3.1 原材料

采用福建泉州美岭PO 42.5级水泥，符合《通用硅酸盐水泥》GB 175-2007要求；碎石采用石山隧道料场生产的Ⅱ级连续级配碎石，分为三档掺配：4.75～13.2mm∶13.2～19mm∶19～31.5mm=10%∶30%∶60%；粉煤灰采用华阳后石电厂生产的F类Ⅱ级粉煤灰，需水量比98%,28d抗压强度比103%；外加剂采用福建省亿方建材有限公司生产的MCN-6高性能减水剂，减水率23%；机制砂采用石山隧道料场生产的Ⅱ级机制砂，同时采用泉州浮桥砂场生产的河砂进行试验对比，各项技术指标详见表1。

表1 细集料技术指标

3.2 石粉含量对混凝土性能的影响

(1)石粉含量对坍落度的影响

从图1可以看出,混凝土的坍落度随着机制砂石粉含量的增加先增后减，当石粉含量在7%～11%之间时,混凝土的坍落度相差不大,即从石粉含量对混凝土坍落度的影响来看,机制砂的石粉含量7%～11%较为合理的。这是因为石粉含量较少时，起到了润滑作用，但当含量超过一定数值时，其比表面积、吸水量增加更快，从而限制混凝土各组分的移动，混凝土坍落度随之变小。

图1 石粉含量与坍落度关系

图2 石粉含量与抗压强度关系

(2)石粉含量对抗压强度的影响

从图2可以看出,C30混凝土随着石粉含量的增加,混凝土的7d和28d的抗压强度均是先变大后减小,在石粉含量为7%～15%时,抗压强度值较大。主要是因为,石粉可以起微集料的作用,填充集料之间以及集料与水泥浆之间的空隙,从而提高混凝土的密实性;同时使水粉比减小,从而提高混凝土拌和物稳定性,故混凝土的抗压强度呈现变大的趋势。但随着石粉含量的持续增加,粗集料承担的骨架作用变弱,则使混凝土的抗压强度强度呈现下降趋势。

(3)石粉含量对抗渗性能的影响

通过试验，石粉含量对混凝土水压力抗渗性能的影响规律雷同，在石粉含量7%～15%时,混凝土抗渗性能最好。

3.3 机制砂混凝土的试配与控制技术

经过以上原材料的试验研究及现场配合比的反复试配，最终确定C30盖梁、墩柱混凝土优化配合比(表2)。下面就机制砂混凝土控制技术进行总结分析。

(1)机制砂混凝土的试配步骤与普通混凝土相似，只是设计参数要根据机制砂特性进行调整。试配时应根据机制砂细度模数、颗粒级配、石粉含量，并按所选水灰比及碎石最大粒径，通过试验确定合理砂率。与相同情况河砂配制的混凝土相比，机制砂混凝土的砂率宜高出2%～4%。应避免因机制砂级配不良、砂率选择不当、用水量偏高、减水剂掺量不当或减水剂与水泥不匹配等情况，造成机制砂混凝土在出机、卸料过程中离析，振后易泌水，或者出现混凝土假凝等现象发生。

(2)必须严格控制机制砂生产质量。从源头抓好母岩质量，母岩不应具有潜在碱活性；控制好生产工艺，确保机制砂的颗粒级配、石粉含量等技术指标合理。

(3)机制砂混凝土的搅拌。由于机制砂含有较多石粉，且石粉容易附着在颗粒表面，在拌制混凝土过程中不易搅拌均匀，所以应较河砂混凝土增加30s～60s的搅拌时间，以改善机制砂混凝土的和易性，提高保水性与粘聚性。

(4)机制砂混凝土浇筑。当机制砂混凝土浇筑时，应适当缩短振捣时间，以避免机制砂混凝土因液化而出现离析、泌水等现象。

(5)机制砂混凝土的养生。与河砂混凝土相比，机制砂级配较差，石粉较多，混凝土浆体含量较大，容易在早期因失水产生塑性收缩，后期产生干燥收缩等现象。所以，要加强机制砂混凝土的养生，适当延长养护时间，避免机制砂混凝土产生裂缝。

表2 C30盖梁、墩柱混凝土配合比

3.4 机制砂混凝土的质量验证

根据施工过程留取混凝土试件的28d抗压强度及交工验收前质量检测结果显示，厦沙高速德化段全线混凝土抗压强度满足设计要求，混凝土表面平滑、未发现蜂窝麻面、未出现有害裂缝、外观质量良好。

4 混凝土成本分析

从混凝土的成本分析看，机制砂混凝土所节约的成本主要体现在机制砂与河砂的成本差别上，与不同标段、不同标号等级混凝土关系不大。C30混凝土单价成本分析见表3，每方混凝土节省成本约55.2元。

从全线7个合同段应用机制砂混凝土情况来看，如表4，总体节约建设成本5500多万元，效益显著。

表3 C30机制砂与河砂混凝土单价成本分析表

表4 厦沙高速德化段A1-A7机制砂混凝土节约成本统计表

5 结语

正确认识河砂和机制砂的区别，控制好机制砂的级配、石粉含量，以及机制砂混凝土的配合比，同样能生产出高质量、满足要求的混凝土。推广应用机制砂，节约建设成本，保护生态环境，利在当代，功在千秋。

［1］GB/T 14684-2011，建设用砂［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［2］JT/T 819-2011，公路工程水泥混凝土用机制砂［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［3］JTG/T F50－2011，公路桥涵施工技术规范［S］.北京：人民交通出版社，2011.

［4］武汉理工大学.机制砂在混凝土中的应用技术指南［S］.北京：人民交通出版社，2008.