機制砂在路面混凝土中的應用研究

俞文鋒,陳錫容,曾 澄,劉 佳

(廣東省水利水電科學研究院,廣東省水利重點科研基地,廣東 廣州 510635)

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機制砂在路面混凝土中的應用研究

俞文鋒,陳錫容,曾 澄,劉 佳

(廣東省水利水電科學研究院,廣東省水利重點科研基地,廣東 廣州 510635)

針對廣州地區目前河砂資源短缺的問題,通過試驗對比研究了水灰比、砂率等對機制砂路面混凝土工作和力學性能的影響,并對比河砂混凝土,對其技術經濟優勢進行了分析。結果表明：用機制砂取代河砂也能配制出工作和力學性能優良的路面混凝土,其每m3混凝土直接節約材料成本43.4元，具有顯著的技術經濟效益。

機制砂；路面混凝土；膠水比；材料成本

近年來,由于建設工程持續高速發展,廣東省尤其是廣州市,優質的河砂資源已經越來越少,市場上砂的細度模數不斷變小、含泥量增大,質量呈迅速下降的趨勢。因此,為合理利用當地資源,降低建設投資,在廣東發展、研究和推廣應用機制砂勢在必行。目前,用機制砂配制高性能混凝土的研究逐漸成為混凝土研究的一個熱點,在部分工程中也得以應用[1]。有研究得出機制砂完全可以配制出抗折強度、耐磨性能優良的路面混凝土,機制砂中較高含量的石粉對路面混凝土耐磨性并無不利影響[2-3]。本文基于以上分析,通過試驗研究了水灰比、砂率等對機制砂路面混凝土工作和力學性能的影響,并配制出了路用性能優良的機制砂混凝土,為機制砂在廣東省水利工程進庫道路路面混凝土中的推廣應用奠定了基礎。

1 原材料

1) 水泥：珠江水泥廠越秀牌42.5R級普通硅酸鹽水泥；

2) 礦物摻合料：華能電廠F類II級粉煤灰；

3) 粗集料：從化飛蛾石料廠,二級配碎石；

4) 細集料：陽江機制砂廠生產機制砂,細度模數2.8,石粉含量16%；

5) 外加劑：廣州建標外加劑有限公司生產的FDN-440T型萘系高效減水劑,固含量25%。

2 試驗結果與分析

2.1 配制強度的確定

根據《水泥混凝土路面施工技術規范》(JTJ F30—2003),路面混凝土配制強度采用式(1)確定：

fc=fr/(1-1.04CV)+ts

(1)

其中,fc為配制抗折強度均值,fr為設計抗折強度,CV為變異系數,t為保證率系數,s為抗折強度試驗樣本標準差。根據規范和以往施工6組統計數據,t取0.79,CV取0.08,s=0.41,計算得fc=5.77 MPa。

2.2 配合比調整優化

2.2.1 砂率的優選

根據實際經驗[4],試驗固定水膠比0.40,選定用水量為152 kg/m3,粉煤灰超量取代10%,取代系數K=1.3。同時根據機制砂的特性,采用“5點法”試驗研究了不同砂率對機制砂路面混凝土工作與力學性能的影響。具體配合比見表1,試驗結果見表2。

表1 砂率“5點法”試驗配合比

表2 砂率對路面混凝土性能的影響

由表2可以看出：水膠比相同,混凝土砂率對其拌合物性能有顯著影響,隨著砂率的增大粘聚性逐漸增加,砂率為38%時拌合物坍落度最大、粘聚性最好、工作性最佳,滿足路面混凝土滑膜攤鋪工藝要求。同時，砂率對其強度的影響較為明顯,砂率為36%時強度最高,7 d抗折強度大于28 d設計強度的90%,28 d抗折強度達到了6.22 MPa,滿足設計規范要求(28 d抗折強度不低于5.77 MPa)。根據試驗結果,結合實踐經驗,選取機制砂路面混凝土最佳砂率為36%。

2.2.2 水膠比與混凝土力學性能的關系

根據上述試驗結果,固定用水量為152 kg/m3,粉煤灰超量取代10%,取代系數K=1.3,探討水膠比對機制砂路面混凝土工作與力學性能的影響,同時確立水膠比與其抗折強度的關系。具體配合比及試驗結果見表3,表4。水膠比與抗折強度的關系見圖1。

表3 不同水膠比試驗配合比

表4 水膠比對路面混凝土性能的影響

對比分析編號L-1、L-2、L-3、L-4試驗結果可以發現,當砂率固定為36%,粉煤灰摻量固定超量取代10%時,盡管水膠比在不斷提高,但混凝土坍落度逐漸降低,這可能是由于在固定用水量和外加劑摻量的前提下,膠凝材料總量的同時也減少了混凝土漿體的數量,同時單位外加劑摻量也相應變小,造成混凝土坍落度的減小。

圖1為膠水比與混凝土28 d抗折強度的關系曲線,從圖1可知,隨著膠水比的減小,混凝土28 d抗折強度呈降低趨勢,且線性相關性較好,說明水膠比是影響路面混凝土抗折強度的關鍵因素。當水膠比為0.42時,混凝土28 d抗折強度為5.80 MPa,符合設計要求。根據滿足強度前提下取最小水泥用量原則,同時考慮工作性能和施工經驗,且考慮到混凝土中加了粉煤灰,后期強度應該會有較大增長,選取0.42為合理水膠比。

圖1 膠水比與路面混凝土抗折強度的關系

3 路面機制砂混凝土與河砂混凝土的技術經濟分析

表5對比了路面河砂混凝土配合比和改用機制砂配制路面混凝土配合比后的相關技術指標。

表5 河砂混凝土與機制砂混凝土的配合比

從表5可以發現,改用機制砂后,也能配制出工作性和力學性能優良的路面混凝土。雖然用水量有所提高,但是膠凝材料總體用量降低,且強度也相差不大。這是因為機制砂具有較高的石粉含量,需水量較大,同時也能在一定程度上補充由于膠凝材料降低而引起的漿體總量不足,使混凝土達到一定的工作和力學性能。且由于機制砂本身價格遠低于河砂,節約了建設成本。

表6為這2種混凝土的經濟成本分析。

表6 每m3混凝土的成本計算

由表6的材料成本估算可以發現,每m3機制砂混凝土成本較河砂混凝土要節省43.4元,具有較為客觀的經濟效益。而另一方面,由于廣州市區沿線天然砂資源極其缺乏,河砂的供應往往出現不足量的現象,因此其實際成本將會更大。且供應到工地的河砂,往往含泥量過大,難以保證質量。

4 結論與建議

1) 采用高石粉含量機制砂完全能配制出工作性、力學性能均滿足要求的路面混凝土,具有較好的技術優勢和經濟效益。

2) 在粉煤灰超量取代10%的前提下,控制砂率為36%,水膠比為0.42,即能配制出7 d抗折強度達到4.71 MPa,28 d抗折強度達到5.8 MPa的路面混凝土,符合設計規范要求。工作性也能達到滑模攤鋪施工要求。

3) 機制砂路面混凝土的膠水比和28 d抗折強度也具有很好的線性相關性,其相關系數R2大于0.98。

4) 每m3機制砂混凝土成本較河砂混凝土要節省43.4元,具有較為客觀的經濟效益,且能保證工程進度和質量。

[1] 武漢理工大學. 機制砂在混凝土中應用技術指南[M]. 北京：人民交通出版社， 2008.

[2] Ming-Kai Zhou, Ji-Wei Cai, Ji-Liang Wang, et al.Bei-Xing Li. Research on Properties of Concrete Prepared with Artificial Sand Containing Stone Powder at High Content[C]∥Proceedings of Environmental Ecology and Technology of Concrete. Uetikon-Zuerich, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd, 2005: 263-268.

[3] LI Bei-xing, WANG Ji-liang, ZHOU Ming-kai. Effect of lime-stone fines conetent in manufactured sand on durability of low and high strength concretes [J]. Construction and Building Materials, 2009,23(8):2 846-2 850.

[4] 劉佳,王立華,詹鎮峰,等. 人工砂對普通混凝土綜合性能的影響研究[J]. 廣東水利水電,2013(5):7-9,17.

(本文責任編輯 王瑞蘭)

Application of Manufactured Sand to Pavement Concrete

YU Wenfeng, CHEN Xirong, ZENG Cheng, LIU Jia

(Guangdong Research Institute of Water Resources and Hydropower, Guangzhou 510635, China)

Aiming at the shortage of natural sand resource in architectural engineering in Guangzhou area, the effects of water-binder ratio and sand ratio on the working and mechanical performance of manufactured sand pavement concrete are investigated. Besides, its economic and technical advantages are analyzed comparing with river sand. The results indicate that the pavement concrete with excellent working and mechanical performance can also be produced by using manufactured sand, and every cubic meters of concrete can save material cost by ￥43.4 directly. It has the remarkable technical and economic benefits.

manufactured sand； pavement concrete； binder-water ratio； material cost

2016-02-22;

2016-03-02

俞文鋒(1988),男,本科,助理工程師,主要從事水利建筑工程材料的研究工作。

TU528

A

1008-0112(2016)02-0036-03