C55机制砂混凝土配合比与施工质量控制要点研究

赵春磊，许建力，李灏鹏

(广西交科工程咨询有限公司，广西 南宁 530007)

0 引言

目前我国部分地区的天然砂资源已近枯竭，已开采的天然砂质量不满足工程需求，级配较差且含泥量高。机制砂由机械破碎加工而成，其表面粗糙、棱角性好且含有石粉，配置混凝土坍落度小，且保水性与粘聚性好，在各种强度等级的混凝土中均有应用，因此河砂、海砂等被机制砂替代已成为当前发展的趋势[1]。而机制砂如何应用在桥梁工程，以及其中的高标号大体积混凝土浇筑是当下的难点[2]，因此相关学者对此展开了研究。D.S.Prakash Rao等通过试验对比了机制砂混凝土与河砂混凝土的强度，发现相同配比下，机制砂混凝土拥有更高的力学强度[3]。AK Sahu等以机制砂部分取代河砂，研究了替换后对混凝土性能的影响，发现若掺入外加剂时，混合砂混凝土的力学强度低于单种砂配置的混凝土，此时宜采用掺入外加剂改善性能[4]。李北星等研究了机制砂混凝土的配比影响因素，发现配置高强度混凝土应对石粉含量予以控制[5]。杨德斌等研究发现，在水胶比和水泥用量相同的条件下，机制砂混凝土的回弹模量高于普通混凝土[6]。沈卫国通过调整混凝土的配比、优选水泥发现，机制砂混凝土的28 d强度≥73 MPa，认为采用机制砂混凝土可满足构配件的强度要求[7]。宋伟明等在C80及以上等级的机制砂混凝土中掺入两种外加剂，验证了工作性能并提出了机制砂高性能混凝土的制备措施[8]。阮裕和等研究了机制砂混凝土的工作性能以及抗开裂技术，并在大型预制箱梁中成功应用[9]。因此，鉴于现有的研究，本文通过贺州至巴马高速公路红水河特大桥工程实例，研究悬臂浇筑C55机制砂混凝土的配合比，并提出相应的施工质量控制要点。

1 机制砂混凝土配制原则

(1)机制砂混凝土的配合比设计首先要满足混凝土的工作性能，强度与耐久性不得低于规范要求，并在此基础上进一步降低成本。

(2)控制胶凝材料的用量，降低水胶比，采用优质的硅酸盐水泥，并掺入适量的硅灰材料。

(3)控制机制砂与石料的质量，选用含泥量低、针片状含量低的机制砂与石料，砂率根据机制砂石粉的含量作调整。

(4)采用聚羧酸高效减水剂(缓凝型)等外加剂，保证混凝土具有较好的流动性、粘聚性、保水性。

(5)在混凝土强度有保证的前提下，适当降低胶凝材料的用量。

2 机制砂混凝土配合比研究

2.1 原材料

本文采用的硅灰、机制砂与水泥的技术指标如表1～3所示。

表1 硅灰技术指标表

表2 机制砂技术指标表

表3 水泥技术指标表

2.2 机制砂对混凝土工作性能的影响

与河砂相比，机制砂颗粒具有棱角性、细度模数大、粒径相差大且石粉含量高的特点，选用机制砂配置混凝土与河砂相比，对混凝土性能的影响存在差异[11]。因此根据工程经验提出如表4所示级配的机制砂，并对混凝土的特性进行评价，其中机制砂石粉含量取6.8%。

表4 机制砂级配表

根据表4所配置的混凝土具有较好的流动性，并且粘聚性与保水性较好。

机制砂石粉的含量同样会影响混凝土的性能，石粉的掺入可减少水泥用量，并减少机制砂与石料的相互抵触。由于机制砂石粉细度与水泥相近，适量的石粉可增强水泥浆的包裹性，而含量过高则会影响混凝土的强度等工作性能[12]。石粉含量对混凝土坍落度的影响如表5所示。

表5 机制砂不同石粉含量对混凝土坍落度的影响指标表

由表5可知，当机制砂石粉含量>6%时，混凝土流动性逐渐变差，根据工程经验，石粉含量控制在5%以下难度较大，依据试验结果，宜将机制砂石粉含量控制在6%～8%。

2.3 C55机制砂混凝土配合比研究

初步拟定C55机制砂混凝土配合比，如表6所示。性能测试结果如表7所示。

表6 C55混凝土质量配合比表(kg/m3)

表7 C55混凝土性能测试结果表

由表7可知，C55-1和C55-2配合比的7 d抗压强度较低，且C55-1和C55-2的28 d强度不满足要求。而C55-4和C55-5的28 d强度过高，会引起混凝土开裂，因此胶凝材料的总量不宜过高，最终推荐C55-3的配合比作为目标配合比。

3 机制砂混凝土施工质量控制要点

3.1 拌制

机制砂高性能混凝土拌和采用强制式搅拌机，拌和应满足以下要求：

(1)使用外加剂时拌和时间应适当延长且≥2 min，搅拌机内装料量不应大于核定搅拌量的80%。

(2)采用液体外加剂时应减少用水量，采用固体外加剂时应延长≥30 s的拌和时间。

(3)首盘混凝土拌和时可将水泥与砂用量增加10%，保持水胶比不变更利于拌和。

(4)冬季拌和应采用强度等级高的硅酸盐水泥，并掺入防冻剂。夏季拌和应采用水化热低、水化速度慢的水泥，或掺入缓凝剂；条件允许的情况下，宜在石料仓库增设雾化器降温，制备冷却水，或掺冰拌和。

3.2 运输

(1)机制砂混凝土运输应采用混凝土搅拌车，运输过程中确保不漏浆并采取喷雾、冲洗预冷、隔热遮阳等措施。

(2)运输过程中混凝土搅拌车应适时转动搅拌筒，速度控制在3～6 r/min，正式浇筑前应快速转动搅拌筒≥20 s，并对混凝土的均质性与坍落度进行实测，合格后方可浇筑。

(3)混凝土运输时间应控制在1.25 h内，当气温<25 ℃时可适当延长。

(4)施工现场应提供混凝土搅拌车进出便道，确保安全，必要时设置警示灯与照明设施。

3.3 浇筑

悬臂浇筑节段箱梁混凝土施工属于大体积混凝土施工，由于浇筑量大、连续浇筑时间长，因此机制砂混凝土浇筑工艺有如下控制要点：

(1)浇筑前应根据工程概况、施工条件、人员与机械配备编制浇筑方案。机制砂混凝土浇筑应采用分层浇筑，分层间歇时间应≤1.5 h且无特殊情况不得留施工缝。

(2)浇筑前应检查机制砂混凝土的拌和温度、坍落度、水胶比等，合格后方可浇筑。

(3)机制砂混凝土从混凝土搅拌车卸料后应连续浇筑完毕，以防坍落度损失。

(4)在大风环境下应采取措施防止混凝土中水分流失，按设计设置循环冷却水并在高温时段采取遮阳棚、钢模板浇水降温等温控措施，确保混凝土入模时温度≤28 ℃。

(5)机制砂混凝土浇筑倾落距离应≤5 m，自由倾落高度应≤2 m，采用泵送时水平距离应≤10 m，以防离析。机制砂混凝土浇筑过程应保持连续作业，若停泵超过15 min，应每4～5 min开动泵机保持混凝土的流动状态；若停泵超过45 min，则应清除管内混凝土重新浇筑。

3.4 养护

(1)机制砂混凝土浇筑完毕后应覆盖并采取洒水养护措施，保证在养护期内最高温度≤75 ℃，同时控制内外温差。必要时在混凝土搅拌站配置制冰系统[13]。

(2)机制砂混凝土养护时间较普通混凝土应更长，掺外加剂时不宜<14 d。薄壁高墩、连续刚构腹板等竖向构筑物宜适时延长养护时间。

(3)对于关键部位在养护期间应进行温度监控，记录构筑物内部温度、外层温度、气温与相对湿度等，以此作为调整养护条件、控制内外温差的依据。

4 结语

(1)分析了机制砂混凝土的配置原则，以此作为本文配合比设计的依据。

(2)研究了机制砂对混凝土工作性能的影响，发现当机制砂石粉含量>6%时，混凝土流动性逐渐变差，而在工程实践中将石粉含量控制在5%以下难度较大，依据试验结果宜将机制砂石粉含量控制在6%～8%。

(3)拟定了5组配合比，经工作性能验证发现，C55-1和C55-2配合比的7 d抗压强度较低， 且C55-1和C55-2的28 d强度不满足要求，而C55-4和C55-5的28 d强度过高。综合考虑混凝土的抗开裂性能与胶凝材料用量，推荐C55-3的配合比作为机制砂混凝土的目标配合比。

(4)提出了机制砂混凝土拌制、运输、浇筑与养护的质量控制要点。