機(jī)制砂應(yīng)用于CFG 樁混凝土的探討

陳海飛

(杭州同欣工程管理有限公司，浙江杭州 310030)

1 概述

隨著我國高速鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，混凝土作為主要的結(jié)構(gòu)材料在工程建設(shè)中應(yīng)用越來越多，地位也越發(fā)地重要。細(xì)骨料是混凝土的重要組成部分，細(xì)骨料的價格對工程造價的影響十分明顯;很多人認(rèn)為混凝土中使用的細(xì)骨料就是河砂，但在我國西南部地區(qū)，天然砂資源稀少，分布不均勻，運(yùn)輸成本高，這些勢必會增加工程造價。而現(xiàn)在機(jī)制砂替代河砂應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)的技術(shù)越來越成熟，因此滬昆客專云南段大力推廣機(jī)制砂生產(chǎn)高性能混凝土。但未經(jīng)二次加工的機(jī)制砂原砂石粉含量在10%～20%之間(文中提到的機(jī)制砂原砂均指巖石經(jīng)粉碎篩分后，未經(jīng)二次加工的最大公稱粒徑小于5 mm的巖石顆粒)，與國家標(biāo)準(zhǔn)要求的石粉含量限制相沖突，所以混凝土用機(jī)制砂一般使用水洗后的機(jī)制砂。

CFG樁施工中使用的低強(qiáng)度混凝土膠凝材料用量較低，而水洗砂中石粉含量只有6%左右，且水洗機(jī)制砂顆粒尖銳有棱角、表面粗糙，從而導(dǎo)致混凝土的和易性較差，而CFG樁的施工工藝比較特殊，其使用的混凝土是低強(qiáng)度泵送混凝土，這就對混凝土的和易性提出了較高的要求。而在CFG樁實際施工過程中，發(fā)現(xiàn)使用水洗機(jī)制砂配置的低強(qiáng)度泵送混凝土工作性能較差，施工進(jìn)度較慢，針對以上缺點，本文通過實驗來探討機(jī)制砂原砂配置低強(qiáng)度泵送混凝土應(yīng)用于CFG樁施工的可行性。

《高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南》(鐵建設(shè)［2010］241號)說明表5.14.2規(guī)定，CFG樁混凝土用機(jī)制砂MB值小于1.40時，石粉含量不超過15%，而本標(biāo)段施工所采用的機(jī)制砂原砂石粉含量在12%左右，MB值小于1.40，符合規(guī)范要求。經(jīng)檢測，該機(jī)制砂原砂其他指標(biāo)也符合國家標(biāo)準(zhǔn)，可以應(yīng)用于生產(chǎn)CFG樁施工用混凝土。

2 實驗材料與方法

2.1 實驗材料

1)水泥:曲靖昆鋼嘉華 P.O42.5，3d抗壓強(qiáng)度30.5 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度50.3MPa。

2)粉煤灰:貴州粵黔電力Ⅱ級粉煤灰，本次實驗該粉煤灰摻量均為30%。

3)粗骨料:嵩明縣大橋石場連續(xù)級配碎石。

4)細(xì)骨料:嵩明縣大橋石場機(jī)制砂原砂、嵩明縣大橋石場水洗機(jī)制砂，兩種砂物理性能見表1。

表1 細(xì)骨料部分物理性能對比

5)減水劑:山西鐵力建材有限公司生產(chǎn)的TL-A緩凝型聚羧酸減水劑，摻量1.0%。

6)防腐劑:山西黃河新型化工有限公司生產(chǎn)的HJ-RMA型液體防腐劑，摻量6.0%。

7)水:嵩明縣牛欄江地下河水。

2.2 實驗方法

2.2.1 實驗原理

本實驗設(shè)計一種配合比，然后使用2.1節(jié)中所用原材料，配置兩種混凝土(見表2)，除細(xì)骨料不同外，其余材料種類和用量均相同。通過對比兩種混凝土的工作性和強(qiáng)度，結(jié)合施工現(xiàn)場試樁效果，來判斷何種混凝土更適合于CFG樁施工。

表2 兩種機(jī)制砂配合比(材料用量) kg/m3

本標(biāo)段路基CFG樁處理段所處環(huán)境水有SO3侵蝕，采取摻加防腐劑和增加膠凝材料用量(設(shè)計文件要求水泥用量不低于200 kg，膠凝材料用量不低于330 kg)的方法，減少化學(xué)環(huán)境對混凝土造成的侵蝕，設(shè)計坍落度為160 mm～200 mm。

2.2.2 實驗方法

1)配合比設(shè)計:按照J(rèn)GJ 55-2011普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程、TB 10005-2010鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范及設(shè)計文件要求進(jìn)行設(shè)計。

2)拌合物性能:按照GB/T 50080-2002普通混凝土拌合物性能實驗方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

3)抗壓強(qiáng)度:按照GB/T 50081-2002普通混凝土力學(xué)性能實驗方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

4)現(xiàn)場試樁工藝:按照鐵建設(shè)［2010］241號高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南規(guī)定的水泥粉煤灰碎石樁施工工藝流程，對兩種混凝土現(xiàn)場使用效果進(jìn)行對比實驗。

3 實驗結(jié)果及分析

3.1 實驗結(jié)果

按照表2的配合比，用水洗機(jī)制砂和機(jī)制砂原砂分別配制CFG樁用混凝土，強(qiáng)度等級為C15，并分別測出其拌合物性能和混凝土28 d強(qiáng)度(見表3)。

表3 相同配比水洗機(jī)制砂和機(jī)制砂原砂混凝土性能對比

從表3中可以看出，機(jī)制砂原砂混凝土強(qiáng)度比水洗機(jī)制砂強(qiáng)度低3.7 MPa，但是能夠滿足設(shè)計強(qiáng)度要求;而坍落度損失、粘聚性、保水性等拌合物性能指標(biāo)，機(jī)制砂原砂要明顯優(yōu)于水洗機(jī)制砂。

另外，現(xiàn)場試樁施工過程中，機(jī)制砂原砂所拌制的混凝土，泵送速度明顯優(yōu)于水洗機(jī)制砂混凝土，前者所需泵壓更低、灌注更順利、施工進(jìn)度更快。這與實驗室所測得的兩種混凝土工作性能差別相吻合。

3.2 實驗結(jié)果分析

實驗中所用機(jī)制砂原砂和水洗機(jī)制砂的主要差別是石粉含量和細(xì)度模數(shù)，尤其是石粉含量差別很大，這也是造成兩種混凝土性能差別的主要原因。

石粉是一種細(xì)度小，性惰的摻合料，它增加了混凝土中小顆粒的含量，而需水量與其他膠凝材料相比較低，另外它可以和水發(fā)生惰性反應(yīng)，生成柔軟的漿體，從而改善了混凝土的和易性;而因為石粉是惰性顆粒，與水反應(yīng)放熱少，因此減緩了混凝土的凝結(jié)速度，降低了混凝土的坍落度損失;因為石粉是惰性摻合料，沒有活性，不參與水泥的水化反應(yīng)，故含量過高，不利于混凝土強(qiáng)度的提高，所以機(jī)制砂原砂混凝土強(qiáng)度略低于水洗機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度，但其強(qiáng)度滿足設(shè)計要求;而機(jī)制砂原砂混凝土良好的工作性能，保證了其在CFG樁泵送施工中的順利進(jìn)行。

4 結(jié)語

本次實驗通過對比機(jī)制砂原砂和水洗機(jī)制砂所配制的混凝土性能，得出如下結(jié)論:

1)機(jī)制砂原砂和水洗機(jī)制砂配制低標(biāo)號混凝土，在相同配比條件下，坍落度基本相同，但機(jī)制砂原砂混凝土坍落度損失明顯低于水洗砂混凝土。

2)機(jī)制砂原砂混凝土粘聚性較好，無離析泌水現(xiàn)象，而水洗機(jī)制砂所拌制的混凝土漿體對骨料的包裹能力較差，有較明顯的離析現(xiàn)象。

3)機(jī)制砂原砂混凝土保水性能優(yōu)于水洗機(jī)制砂混凝土。

4)機(jī)制砂原砂混凝土28 d強(qiáng)度低于水洗機(jī)制砂混凝土3.7 MPa，但兩種混凝土強(qiáng)度均能滿足設(shè)計要求。

5)機(jī)制砂原砂混凝土較之水洗機(jī)制砂混凝土，在現(xiàn)場施工中，對施工進(jìn)度更有利。

根據(jù)上述實驗結(jié)論明顯看出，機(jī)制砂原砂所拌制混凝土的工作性明顯優(yōu)于水洗機(jī)制砂，更適合于泵送施工。在模擬試樁施工中，機(jī)制砂原砂混凝土的施工進(jìn)度也明顯優(yōu)于水洗機(jī)制砂混凝土;其次，機(jī)制砂原砂的成本比水洗機(jī)制砂成本低40元/t，明顯降低了工程造價;最后，水洗機(jī)制砂含水率不穩(wěn)定，在混凝土實際生產(chǎn)過程中，水洗機(jī)制砂拌制混凝土質(zhì)量控制難度比較高，而機(jī)制砂原砂含水率基本穩(wěn)定在1.5%～2.5%之間，更便于混凝土實際生產(chǎn)中的質(zhì)量控制。

因此，采用機(jī)制砂原砂配制低強(qiáng)度泵送混凝土應(yīng)用于CFG樁施工中，更利于質(zhì)量、成本、進(jìn)度三大目標(biāo)的控制。

［1］ 鐵建設(shè)［2010］241號，高速鐵路路基工程施工技術(shù)指南［S］.

［2］ JGJ 55-2011，普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程［S］.

［3］ TB 10005-2010，鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］ GB/T 50080-2002，普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［5］ GB/T 50081-2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.