C55機制砂混凝土配合比與施工質量控制要點研究

趙春磊，許建力，李灝鵬

(廣西交科工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

目前我國部分地區的天然砂資源已近枯竭，已開采的天然砂質量不滿足工程需求，級配較差且含泥量高。機制砂由機械破碎加工而成，其表面粗糙、棱角性好且含有石粉，配置混凝土坍落度小，且保水性與粘聚性好，在各種強度等級的混凝土中均有應用，因此河砂、海砂等被機制砂替代已成為當前發展的趨勢[1]。而機制砂如何應用在橋梁工程，以及其中的高標號大體積混凝土澆筑是當下的難點[2]，因此相關學者對此展開了研究。D.S.Prakash Rao等通過試驗對比了機制砂混凝土與河砂混凝土的強度，發現相同配比下，機制砂混凝土擁有更高的力學強度[3]。AK Sahu等以機制砂部分取代河砂，研究了替換后對混凝土性能的影響，發現若摻入外加劑時，混合砂混凝土的力學強度低于單種砂配置的混凝土，此時宜采用摻入外加劑改善性能[4]。李北星等研究了機制砂混凝土的配比影響因素，發現配置高強度混凝土應對石粉含量予以控制[5]。楊德斌等研究發現，在水膠比和水泥用量相同的條件下，機制砂混凝土的回彈模量高于普通混凝土[6]。沈衛國通過調整混凝土的配比、優選水泥發現，機制砂混凝土的28 d強度≥73 MPa，認為采用機制砂混凝土可滿足構配件的強度要求[7]。宋偉明等在C80及以上等級的機制砂混凝土中摻入兩種外加劑，驗證了工作性能并提出了機制砂高性能混凝土的制備措施[8]。阮裕和等研究了機制砂混凝土的工作性能以及抗開裂技術，并在大型預制箱梁中成功應用[9]。因此，鑒于現有的研究，本文通過賀州至巴馬高速公路紅水河特大橋工程實例，研究懸臂澆筑C55機制砂混凝土的配合比，并提出相應的施工質量控制要點。

1 機制砂混凝土配制原則

(1)機制砂混凝土的配合比設計首先要滿足混凝土的工作性能，強度與耐久性不得低于規范要求，并在此基礎上進一步降低成本。

(2)控制膠凝材料的用量，降低水膠比，采用優質的硅酸鹽水泥，并摻入適量的硅灰材料。

(3)控制機制砂與石料的質量，選用含泥量低、針片狀含量低的機制砂與石料，砂率根據機制砂石粉的含量作調整。

(4)采用聚羧酸高效減水劑(緩凝型)等外加劑，保證混凝土具有較好的流動性、粘聚性、保水性。

(5)在混凝土強度有保證的前提下，適當降低膠凝材料的用量。

2 機制砂混凝土配合比研究

2.1 原材料

本文采用的硅灰、機制砂與水泥的技術指標如表1～3所示。

表1 硅灰技術指標表

表2 機制砂技術指標表

表3 水泥技術指標表

2.2 機制砂對混凝土工作性能的影響

與河砂相比，機制砂顆粒具有棱角性、細度模數大、粒徑相差大且石粉含量高的特點，選用機制砂配置混凝土與河砂相比，對混凝土性能的影響存在差異[11]。因此根據工程經驗提出如表4所示級配的機制砂，并對混凝土的特性進行評價，其中機制砂石粉含量取6.8%。

表4 機制砂級配表

根據表4所配置的混凝土具有較好的流動性，并且粘聚性與保水性較好。

機制砂石粉的含量同樣會影響混凝土的性能，石粉的摻入可減少水泥用量，并減少機制砂與石料的相互抵觸。由于機制砂石粉細度與水泥相近，適量的石粉可增強水泥漿的包裹性，而含量過高則會影響混凝土的強度等工作性能[12]。石粉含量對混凝土坍落度的影響如表5所示。

表5 機制砂不同石粉含量對混凝土坍落度的影響指標表

由表5可知，當機制砂石粉含量>6%時，混凝土流動性逐漸變差，根據工程經驗，石粉含量控制在5%以下難度較大，依據試驗結果，宜將機制砂石粉含量控制在6%～8%。

2.3 C55機制砂混凝土配合比研究

初步擬定C55機制砂混凝土配合比，如表6所示。性能測試結果如表7所示。

表6 C55混凝土質量配合比表(kg/m3)

表7 C55混凝土性能測試結果表

由表7可知，C55-1和C55-2配合比的7 d抗壓強度較低，且C55-1和C55-2的28 d強度不滿足要求。而C55-4和C55-5的28 d強度過高，會引起混凝土開裂，因此膠凝材料的總量不宜過高，最終推薦C55-3的配合比作為目標配合比。

3 機制砂混凝土施工質量控制要點

3.1 拌制

機制砂高性能混凝土拌和采用強制式攪拌機，拌和應滿足以下要求：

(1)使用外加劑時拌和時間應適當延長且≥2 min，攪拌機內裝料量不應大于核定攪拌量的80%。

(2)采用液體外加劑時應減少用水量，采用固體外加劑時應延長≥30 s的拌和時間。

(3)首盤混凝土拌和時可將水泥與砂用量增加10%，保持水膠比不變更利于拌和。

(4)冬季拌和應采用強度等級高的硅酸鹽水泥，并摻入防凍劑。夏季拌和應采用水化熱低、水化速度慢的水泥，或摻入緩凝劑；條件允許的情況下，宜在石料倉庫增設霧化器降溫，制備冷卻水，或摻冰拌和。

3.2 運輸

(1)機制砂混凝土運輸應采用混凝土攪拌車，運輸過程中確保不漏漿并采取噴霧、沖洗預冷、隔熱遮陽等措施。

(2)運輸過程中混凝土攪拌車應適時轉動攪拌筒，速度控制在3～6 r/min，正式澆筑前應快速轉動攪拌筒≥20 s，并對混凝土的均質性與坍落度進行實測，合格后方可澆筑。

(3)混凝土運輸時間應控制在1.25 h內，當氣溫<25 ℃時可適當延長。

(4)施工現場應提供混凝土攪拌車進出便道，確保安全，必要時設置警示燈與照明設施。

3.3 澆筑

懸臂澆筑節段箱梁混凝土施工屬于大體積混凝土施工，由于澆筑量大、連續澆筑時間長，因此機制砂混凝土澆筑工藝有如下控制要點：

(1)澆筑前應根據工程概況、施工條件、人員與機械配備編制澆筑方案。機制砂混凝土澆筑應采用分層澆筑，分層間歇時間應≤1.5 h且無特殊情況不得留施工縫。

(2)澆筑前應檢查機制砂混凝土的拌和溫度、坍落度、水膠比等，合格后方可澆筑。

(3)機制砂混凝土從混凝土攪拌車卸料后應連續澆筑完畢，以防坍落度損失。

(4)在大風環境下應采取措施防止混凝土中水分流失，按設計設置循環冷卻水并在高溫時段采取遮陽棚、鋼模板澆水降溫等溫控措施，確保混凝土入模時溫度≤28 ℃。

(5)機制砂混凝土澆筑傾落距離應≤5 m，自由傾落高度應≤2 m，采用泵送時水平距離應≤10 m，以防離析。機制砂混凝土澆筑過程應保持連續作業，若停泵超過15 min，應每4～5 min開動泵機保持混凝土的流動狀態；若停泵超過45 min，則應清除管內混凝土重新澆筑。

3.4 養護

(1)機制砂混凝土澆筑完畢后應覆蓋并采取灑水養護措施，保證在養護期內最高溫度≤75 ℃，同時控制內外溫差。必要時在混凝土攪拌站配置制冰系統[13]。

(2)機制砂混凝土養護時間較普通混凝土應更長，摻外加劑時不宜<14 d。薄壁高墩、連續剛構腹板等豎向構筑物宜適時延長養護時間。

(3)對于關鍵部位在養護期間應進行溫度監控，記錄構筑物內部溫度、外層溫度、氣溫與相對濕度等，以此作為調整養護條件、控制內外溫差的依據。

4 結語

(1)分析了機制砂混凝土的配置原則，以此作為本文配合比設計的依據。

(2)研究了機制砂對混凝土工作性能的影響，發現當機制砂石粉含量>6%時，混凝土流動性逐漸變差，而在工程實踐中將石粉含量控制在5%以下難度較大，依據試驗結果宜將機制砂石粉含量控制在6%～8%。

(3)擬定了5組配合比，經工作性能驗證發現，C55-1和C55-2配合比的7 d抗壓強度較低， 且C55-1和C55-2的28 d強度不滿足要求，而C55-4和C55-5的28 d強度過高。綜合考慮混凝土的抗開裂性能與膠凝材料用量，推薦C55-3的配合比作為機制砂混凝土的目標配合比。

(4)提出了機制砂混凝土拌制、運輸、澆筑與養護的質量控制要點。