机制砂混凝土配制与施工质量控制

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1、1,机制砂混凝土 配制与施工质量控制,王稷良 博士/研究员 交通运输部公路科学研究院,2,目 录,机制砂的定义 机制砂的应用背景 机制砂的特性 石粉的作用 机制砂的质量要求 机制砂的制备技术 机制砂混凝土的配制技术 机制砂混凝土的施工控制技术,3,（一）机制砂的定义,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、风化岩的颗粒。其中的75m以下颗粒划入石粉范围。,天然砂：包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂； 混合砂：由机制砂和天然砂混合制成的砂； 人工砂：经除土处理的机制砂和混合砂的统称。,4,（一）机制砂的定义,山砂： 主要是云贵等地的特殊叫法，也可指自然山砂；

2、 石屑： 采石场在加工碎石的过程中产生的副产物； 破碎砂、规范砂、人工砂 俗称。,机制砂的几个过渡性名称,5,（二）机制砂应用的背景,随着国家对基础设施投资力度的加大，混凝土及砂的用量急剧增加。 河砂的掠夺性开采致使河床发生变化，对周围环境产生不良影响，目前部分河流已禁止开采河砂。 部分地区石多砂少，河砂资源匮乏。 2002年国标建筑用砂首次增加了机制砂作为建筑用砂的新品种。,6,（二）机制砂应用的背景,机制砂在水利水电工程应用比较多，其制砂工艺先进，质量稳定。 在云贵等溶岩地区缺乏天然砂资源，机制砂在混凝土工程中已经得到了普遍的应用。 在交通行业，机制砂已应用于一般性混凝土工程，但在重点工程

3、，特别是在重大桥梁工程中对是否使用机制砂还存在一些疑虑。,机制砂混凝土应用现状,7,（二）机制砂应用的背景,工程技术人员对机制砂混凝土的性能缺乏认识。 没有形成专门的机制砂混凝土配制技术。 机制砂行业生产技术水平低下，机制砂质量良莠不齐。 对石粉在机制砂混凝土中的作用研究不够，石粉含量争议过大。,机制砂应用推广的阻碍,8,（三）机制砂的特性,9,（三）机制砂的特性,机制砂的颗粒形貌,10,（三）机制砂的特性,机制砂的级配,11,级配中值,（三）机制砂的特性,机制砂的级配,12,（三）机制砂的特性,石粉,机制砂中的石粉理化特性,指岩石破碎过程中，形成的颗粒小于0.075mm的粉末。其吸水率低，液

4、塑限指数低。,泥粉,指黏土矿物的粉末。其吸水率高，液塑限指数高。,13,（三）机制砂的特性,机制砂中石粉与天然砂中的泥粉成分不同，粒度分布不同，不包含粘土、页岩、有机物等有害成分，在使用中所起的作用不同。机制砂中的石粉含量一般都超过10%，这个含量对大多数混凝土不会产生有害的影响。而天然砂中的泥对混凝土是有害的，粘土矿物由于其颗粒极细、疏松多孔的特性和它们的表面活性，一般会增加混凝土的拌和用水量，从而牵连混凝土的强度、耐久性和体积稳定性。,机制砂中的石粉理化特性,14,（三）机制砂的特性,石粉颗粒呈块状，稍具棱角，接近水泥或矿渣。粉磨后部分棱角被磨掉，轮廓变得稍圆。石粉的细度与水泥接近，远小于

5、粘土的比表面积。,机制砂中的石粉理化特性,石粉,粉煤灰,水泥,15,（三）机制砂的特性,机制砂石粉中可能混有一定数量的泥土成分。GB/T 14684-2001建筑用砂规定了测机制砂石粉含量必须先进行亚甲蓝MB值的检验，以检验小于75m的颗粒是以石粉为主还是以泥土为主。机制砂的MB值与砂中含泥量成线性正比关系，而与石粉含量关系不大；同时，含泥量一定时，机制砂的MB值与其所含泥粉的液限成正比。,机制砂中的石粉理化特性,16,（三）机制砂的特性,机制砂中泥粉及石粉对MB值的影响,岩性对MB值的影响,石粉含量对MB值的影响,17,（三）机制砂的特性,泥粉对MB值的影响,泥粉含量(%),机制砂中泥粉及石

6、粉对MB值的影响,18,（三）机制砂的特性,机制砂的堆积密度和振实密度均随着石粉含量的增加而逐渐升高，对于级配较差的机制砂，石粉能明显地增加混合物的密实度。 机制砂生产过程去除的“石粉”中，有一部分颗粒大于75m，特别是用螺旋洗砂机洗去的石粉中，大于75m颗粒达一半以上，不仅破坏了机制砂的自然级配，而且浪费资源，污染环境。,机制砂中的石粉理化特性,19,（三）机制砂的特性,石粉含量对机制砂堆积效果的影响,20,（四）机制砂对混凝土性能的影响,石粉含量对混凝土工作性的影响,C30,C60,C80,石粉含量对混凝土坍落度的影响,21,石粉含量对混凝土力学性能的影响,石粉含量对混凝土抗压强度的影响,

7、C30,C60,C80,（四）机制砂对混凝土性能的影响,22,石粉含量对混凝土体积变形性能的影响,石粉含量对新拌混凝土塑性开裂的影响,（四）机制砂对混凝土性能的影响,C60混凝土的干燥收缩,石灰岩石粉对硬化混凝土体积稳定性的影响,24,机制砂MB值对混凝土工作性的影响,萘系外加剂,聚羧酸系系外加剂,（四）机制砂对混凝土性能的影响,25,机制砂MB值对混凝土力学性能的影响,MB值对C30混凝土强度的影响,MB值对C60混凝土强度的影响,（四）机制砂对混凝土性能的影响,26,机制砂MB值对混凝土力学性能的影响,长期强度,弹性模量,（四）机制砂对混凝土性能的影响,27,机制砂MB值对混凝土体积变形性

8、能的影响,MB值对新拌混凝土塑性裂缝出现时间的影响,（四）机制砂对混凝土性能的影响,28,正效应: 级配效应：对于级配较差的机制砂，石粉能明显地增加其堆积密度，从而完善其级配。 增黏效应：在低强混凝土中，补充粉体材料不足，减小泌水，改善低强机制砂混凝土工作性； 润滑作用：石粉增加浆体含量，弥补机制砂多棱角和表面粗糙的缺点，克服机制砂形貌效应的不良影响； 微集料效应：石粉微粒增加水泥石的密实度，改善“次中心区过渡层”的结构，增加抗渗性，降低变形性能； 晶核作用：微细石粉可以诱导水化物析晶，促进C3S核的C3A水化，提高有效结晶产物含量而提高强度； 水化增强作用：石灰岩石粉中CaCO3参与C3A的

9、水化反应，生成水化碳铝酸钙，阻止AFt向AFm转化。,石粉在混凝土中的正负效应,（四）机制砂对混凝土性能的影响,29,负效应: 比表面积效应：石粉增大了固体物的总体比表面积，增加了用水量的需求水灰比不变时，固体物总表面积的增加，就会使混凝土工作性降低。达到相同坍落度，会增加对减水剂的需求量 。 重力效应：机制砂密度较大，2.36mm颗粒较多，级配不良，形状尖锐和棱角性，使混凝土拌和物显得干涩、易离析泌水，同时增加了合理砂率。由于机制砂较大的表观密度，会增加混凝土拌和物在搬运和捣实过程中的离析倾向，加剧混凝土泌水和塑性沉降收缩，影响混凝土表面的耐久性 。,石粉在混凝土中的正负效应,（四）机制砂对

10、混凝土性能的影响,30,二重效应: 水粉比效应：如果水粉比过大，易产生离析泌水，对于水灰比较大的混凝土，可以靠石粉适当降低水粉比，改善粘聚性和增强保水性，减弱离析泌水；在工作性良好的情况下，如果石粉含量过高，会使水粉比偏小而降低拌和物的流动。 集粉比效应：集粉比过大时，不利于浆体填充集料颗粒间的空隙，石粉可以降低集粉比；如果集粉比过小，浆体含量过高，会增加干缩和降低弹性模量。 咬合作用：机制砂颗粒形状不规则，具有棱角性，颗粒之间相互啮合，增加抗折强度和抗拉强度，对混凝土的变形有限制作用；集料颗粒的交错分布，润滑所需的浆体层厚度需要增大，要保持同样的流动度，需要更多浆体。,石粉在混凝土中的正负效

11、应,（四）机制砂对混凝土性能的影响,31,二重效应 稀释效应：如果用石粉取代部分胶凝材料，会直接降低水泥有效成分的含量，在混凝土中，石粉增加了浆体含量，相对地也降低了水泥在浆体中的比例。过分的稀释会降低水泥或混凝土强度，但可以解决强度富裕过多与工作性之间的矛盾。 表面特性效应：机制砂粗糙的表面特性，可以增加集料与水泥浆之间的粘结强度，同时粗糙的表面和创伤微裂隙会增加吸水率，使混凝土显得干涩，而振捣时水分易释放，配制不当易出现泌水现象，同时产生较多的连通孔而降低抗冻性能。由于高强度混凝土的水灰比很低，水泥石致密少孔，自身已具有很强抗冻性能；对于中低强度混凝土，可以采用适量的引气剂。,石粉在机制砂

12、中的正负效应,（四）机制砂对混凝土性能的影响,32,（五）机制砂的质量要求,机制砂的质量标准（一）,机制砂的分级与规格,机制砂按技术要求分为级、级、级。 级宜用于强度等级大于C60的混凝土；级宜用于强度等级C35C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土；级宜用于强度等级小于等于C30的混凝土。,机制砂的粗细程度按细度模数分为粗砂、中砂、细砂三种规格，其细度模数分别为： 粗砂：3.73.1 中砂：3.02.3 细砂：2.21.6,33,机制砂的质量标准（二）,机制砂颗粒级配范围,砂的实际颗粒级配与表中的数字相比，除4.75mm和0.6mm筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。,（五）机制砂的质量

13、要求,34,机制砂的质量标准（三）,石粉含量和泥块含量,（五）机制砂的质量要求,35,机制砂的质量标准（四）,有害物质,1）有抗冻、抗渗要求的混凝土，机制砂中云母含量不应大于1.0%。 2）机制砂中如发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，则要进行专门检验，确认能满足混凝土耐久性要求时，方能采用。,（五）机制砂的质量要求,36,机制砂的质量标准（五）,压碎值指标,岩石抗压强度,机制砂母岩强度首先应由生产单位提供，火成岩不宜小于100MPa，变质岩不宜小于80MPa，水成岩不宜小于60MPa。对配制C60及以上混凝土的机制砂，其母岩抗压强度与混凝土强度等级之比不宜小于1.5。,（五）机制砂的质量要

14、求,37,机制砂的质量标准（六）,表观密度、堆积密度、空隙率,表观密度大于2500kg/m3;松散堆积密度大于1350kg/m3；空隙率小于47。,碱集料反应,经碱集料反应试验后，由砂制备的试件无裂缝、酥裂、胶体外益等现象，在规定的试验龄期膨胀率小于0.10%.,路面和桥面混凝土所用机制砂，还应检验砂浆磨光值，其值宜大于35，不宜使用抗磨性较差的泥岩、页岩、板岩等水成岩类母岩品种生产机制砂。,磨光值,（五）机制砂的质量要求,38,机制砂检测注意事项,取样具有代表性性： 在料堆取样时，取样部位应均匀分布。取样前先将取样部位表层铲除，然后从不同部位抽取大致等量的砂8份，组成一组样品。 从皮带运输机

15、上取样，应用接料器在皮带运输机机尾的出料处定时抽取大致等量的砂4份，组成一组样品。,（五）机制砂的质量要求,39,单项试验取样数量,（五）机制砂的质量要求,40,试样制备： 用分料器：将样品在潮湿的状态下拌合均匀，然后通过分料器，取接料斗中的其中一份再次通过分料器。重复上述过程，直至把样品缩分到试验所需量。 人工四分法：将所取样品置于平板上，在潮湿状态下拌合均匀，并堆成约20mm的圆饼，然后沿互相垂直的两条直线把圆饼分成大致相等的四分，取对角线的两分重新拌均，在堆成圆饼。重复上述过程，直至把样品缩分到试验所需量为止。,（五）机制砂的质量要求,41,检测过程中注意事项: 颗粒级配: 筛除9.5m

16、m以上颗粒;筛至每分钟通过量小于试验总量的0.1%为止; 石粉含量: 必须采用水洗方式测试,防止砂粒流失; 亚甲蓝MB值测定: 亚甲蓝试剂保质期在28d(需放于阴暗处保存);测试过程中溶液必须保持悬浮状态;,（五）机制砂的质量要求,42,泥块含量: 筛除1.18mm以下颗粒,搅拌均匀,浸泡24h; 云母含量: 手工挑选,机制砂砂中一般不存在此问题; 轻物质含量: 当机制砂母岩较好、较为洁净时,不存在此问题;,（五）机制砂的质量要求,43,坚固性： 淋洗干净；溶液体积应大于试验总体积的5倍；必须排净试验表面气泡；溶液温度控制在2025;称量时,试样必须洗净、烘干； 压碎值: 注意筛分准确，分级压碎值; 表观密度: 注意排净水中气泡;注意水温恒定、瓶塞塞紧(李氏比重瓶)。,（五）机制砂的质量要求,44,机制砂的生产工艺与设备,制砂设备,大型水电工程通常选用棒磨机，湿法生产 优点：颗粒级配优良、稳定，粒型方正，石粉含量便于控制 ； 缺点：耗水量大（24m3水/m3砂），洗粉量大（一般1020%），浪