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1、1,沪蓉西高速公路机制砂混凝土质量控制,武汉理工大学,2,提 纲,机制砂的定义机制砂的特性机制砂的技术标准与检测方法机制砂生产与使用的质量控制机制砂混凝土的特性机制砂混凝土配合比设计机制砂混凝土的施工要点,3,一、机制砂的定义,天然砂：包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂；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。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,机制砂的几个过渡性名称,山砂：主要是云贵等地的特殊叫法，也可指自然山砂；石屑：采石场在加工碎石的过程中产生的副产物；,5,二、机制砂的特性,机制砂充分利
2、用当地材料或生产粗骨料的剩余料，用专门的制砂机生产，级配能够调整，且波动小，细度模数可按工程要求生产，即质量可人为较稳定地控制；机制砂颗粒由于具有棱角和表面较粗糙，因而拌制的混凝土和易性较差，可引起混凝土的较大泌水率，但机制砂中通常含有石粉可以部分改善混凝土的工作性能；,6,通常在同一工地，机制砂与碎石是同一种母岩制成，热学性能一致，对大体积混凝土技术效果尤为显著；机制砂小于75m的颗粒（即石粉）,按其性质和在混凝土中的作用，都不能等同于天然砂中的泥含量；,7,同一生产线生产的机制砂，一个细度模数只对应一个级配，同时它的细度模数和单筛的筛余量成线性关系。对于一种砂子，先通过试验建立关系式后，只
3、要测定一个单筛的筛余量即可快速求出细度模数；机制砂中石粉含量的变化是随细度模数变化而发生变化的，细度模数小，石粉含量就高；反之，细度模数大，石粉含量低；,8,机制砂细度模数应控制在合理范围。太大，则粗颗粒太多，300m颗粒太少，级配不合理，混凝土和易性变差；细度模数太小，则 75m的石粉含量多，混凝土用水量可能增大，强度降低，收缩增大，且机制砂生产电耗上升；从砂子颗粒组成统计结果 分 析，机制 砂2.36mm和75m的颗粒明显偏多，而中间颗粒少，级配范围应按国家标准适当放宽；,9,三、机制砂技术标准与检测方法,常用术语解释：机制砂：岩石经除土开采、机械破碎、筛分制成的，粒径在 4.75 mm以
4、下的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。泥块含量：机制砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后变成小于600m的颗粒的含量。石粉含量（与天然砂最显著的区别）：机制砂中粒径小于75m的颗粒含量。,10,亚甲蓝MB值：用于判定机制砂中粒径小于75m颗粒含量主要是泥土还是石粉的指标。轻物质：表观密度小于2000 kg/m3的物质。压碎指标：用于检验机制砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力及控制其颗粒形状的技术指标。,11,细度模数：衡量砂粗细的指标。坚固性：砂在自然风化或其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力。碱集料反应：指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中
5、碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土开裂的膨胀反应。,12,机制砂的技术标准,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。,13,含泥量、石粉含量和泥块含量：,14,有害物质,砂中不应混有草根、树枝、树叶、塑料、媒块、炉渣等杂物。,15,压碎值,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%.,16,机制砂检测注意事项,取样具有代表性
6、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。,17,单项试验取样数量,18,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。,
7、19,检测过程中注意事项:颗粒级配:筛除9.5mm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;,20,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;,21,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
8、水中气泡;注意水温恒定、瓶塞塞紧(李氏比重瓶),22,四、机制砂的生产与质量控制,机制砂生产应具备的条件：沪蓉西高速公路建设指挥部将定点机制砂厂分为二级进行管理。生产I类、类机制砂为一级生产厂，生产类机制砂为二级生产厂。母岩强度 I类、类机制砂母岩饱水抗压强度大于80MPa；类机制砂母岩饱水抗压强度大于60 MPa。,23,生产工艺和设备：一级机制砂生产厂必须采用湿法生产工艺，同时，一级机制砂生产厂工艺流程采用粗、中两段破碎，细碎、制砂双闭路循环生产。二级机制砂生产厂可采用干法也可采用湿法机制砂生产工艺。,24,机制砂生产设备要求,25,机制砂检测应具备的条件：,机制砂生产厂家应具有专门的机制
9、砂质量检测室，配备12名专业检测技术人员及相关检测设备。,26,机制砂日常生产的质量控制检测项目：颗粒级配、细度模数、松散堆积密度、石粉含量、亚甲蓝MB值、泥块含量、压碎值。检测目的：保证机制砂满足质量要求，并控制机制砂的稳定性；细度模数波动范围应控制在0.3以内；发现异常情况，及时调整；杜绝不合格的机制砂出厂。,27,机制砂生产注意事项：控制母岩的强度；剔除泥土等杂质；合理控制进入制砂机的碎石粒径；调整制砂机的工艺参数；勤检查筛网和易磨损件，并及时更换；合理调整收尘器抽风量，保证石粉含量在控制范围；,28,合理控制洗砂机的角度和水流量。保证石粉含量在控制范围，并防止过洗；机制砂在堆放过程中，
10、应防止离析。一般堆高不超过10mm。对于干法制砂，应在出砂口洒适量的水，防止扬尘和离析；,29,机制砂使用的质量控制：对机制砂生产厂资质进行确定。进行抽样检测，合格方可批量定购；施工单位必须进行自检，不合格严禁使用；不同厂家、不同质量的机制砂应分别堆放，使用时一般不宜混合使用。注意机制砂的稳定性，质量波动较大时，及时采取相应措施（如调整砂率）；,30,五、机制砂混凝土的特性,机制砂的特性（与天然砂相比）：级配不良颗粒表面粗糙石粉含量高,31,机制砂混凝土的工作性,机制砂颗粒表面粗糙、级配不良，易造成混凝土和易性差，易产生泌水；机制砂中石粉可以改善混凝土的泌水和粘聚性不良（尤其是在低标号混凝土中
11、）；当混凝土胶凝材料过高，或水胶比过低时，石粉将使混凝土变得过分粘稠，不利于施工和气泡排出；,32,石粉改善工作性的机理分析：石粉可以补偿水泥量较少、粉体材料不足的缺陷且能减少机制砂与碎石间的摩擦。,离析泌水,轻微离析,粘聚性好,比较粘稠,很粘,石粉含量增加,33,机制砂混凝土的强度,在同等条件下，用机制砂配制的混凝土比天然砂配制出的混凝土强度略高，在低强混凝土中表现更突出。其主要原因如下：机制砂质地坚硬，有新鲜界面，表面能高；机制砂表面粗糙、棱角多，有助于提高界面的粘结；机制砂中的石粉填充了混凝土中的孔隙，使得混凝土更加密实，强度提高；,34,石粉在水泥水化反应中起晶核作用。诱导水泥的水化产
12、物析晶，加速水泥水化并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并阻止钙矾石向单硫型的水化硫铝酸钙转化。,35,机制砂混凝土的弹性模量,在保持相同水灰比和水泥用量的条件下，机制砂混凝土的弹性模量高于普通混凝土。机制砂粗糙多棱角的颗粒在砂浆中起着骨架作用，限制了水泥石的变形及骨料颗粒之间的滑动；机制砂与水泥石有良好的粘结界面，使得界面孔隙少，减少了应力集中；机制砂中的石粉提高了水化产物的结晶程度，晶胶比的提高使水泥石在外力作用下的变形减小。,36,机制砂混凝土的干缩,混凝土干缩性能直接影响混凝土的抗裂性，进而影响混凝土的耐久性。干缩率随石粉含量的增加而增大，且早期干缩发展快，因此要加强机制砂混凝土的
13、早期养护。这是由于石粉中小于0.08mm的极细颗粒在混凝土起到增加浆体含量的作用，混凝土的干缩正是来源于浆体的干缩，单位体积浆体数量多，干缩率增大。,37,机制砂混凝土的徐变,38,机制砂混凝土的徐变值小于黄砂混凝土的徐变值，主要是由于：机制砂中含有较多石粉，石粉在混凝土中起到一种微集料的作用，使混凝土中的水泥石结构更加致密，降低水泥石的变形性能；与黄砂颗粒相比，机制砂具有更加粗糙的表面和更多的棱角，机制砂在混凝土中可以更好对混凝土变形起到限制作用。,39,机制砂混凝土的抗渗,石粉具有填充效应，可提高混凝土的密实性，增强水泥石与骨料界面粘结；石粉可以起到晶核效应，能加速C3S的水化，并与C3A
14、、C4AF反应生成结晶水化物，并能改善水泥石的孔隙结构。,40,机制砂混凝土的抗冻特性,当机制砂混凝土和黄砂混凝土具有相同的工作性和含气量时，适量石粉含量的机制砂混凝土和黄砂混凝土抗冻性能没有明显区别。,41,石粉含量对混凝土性能的影响,在低标号混凝土中，石粉可以明显改善混凝土的工作性能，提高混凝土的密实度；在高标号混凝土中，石粉会使混凝土的变得粘稠，降低混凝土的工作性；石粉具有一定的微集料填充效应；石粉可以起到晶核效应；过量石粉可引起混凝土体积稳定性不良；过量石粉可引起混凝土耐久性不良。,42,小 结,综合上述研究结果，可以看出机制砂混凝土在工作性、强度、抗渗性等方面表现出一定的优越性。尤其
15、是在低强混凝土中，石粉对改善了混凝土的和易性，具有一定的微集料填充效应，改善混凝土的孔隙结构，使得其强度、抗渗性、抗冻性都较天然砂混凝土好。,43,适量的石粉含量可以在一定程度上改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能。但当石粉含量过高，将降低混凝土的工作性能，使混凝土体积变形加大，劣化混凝土的耐久性。,44,六、机制砂混凝土的配合比设计,混凝土原材料的质量要求：水泥:不宜选用掺石灰石混合材的水泥；,45,粗集料：宜选用连续级配、粒型好、针片状含量低的粗集料；机制砂：细度模数：2.53.4，变化范围0.3；级配良好；掺合料：宜选用优质粉煤灰;,46,外加剂：与黄砂混凝土相比，掺加外加剂对混凝土性能改善
16、更加明显，建议机制砂混凝土均掺加外加剂；中、高标号混凝土宜选用优质外加剂。,47,机制砂混凝土的配合比设计特点,机制砂混凝土的配合比设计可以按天然砂混凝土的配合比设计规范进行；即配合比设计的保证系数，水灰比定则，集料参数，外加剂的选取，掺合料的使用与取代；机制砂配制高性能混凝土，仍按天然砂混凝土一样的规则选用粉煤灰、矿粉等掺合料。,48,机制砂混凝土的砂率，除应根据机制砂自身的细度模数、颗粒级配，按所选水灰比及碎石的最大粒径通过试验确定。机制砂混凝土的砂率一般较天然砂高36，初选砂率一般在3642范围选取；,49,机制砂混凝土的工作性对用水量的改变和砂率的改变比较敏感；在保证机制砂混凝土工作性
17、的前提下，应尽可能选取较小的砂率，以保证混凝土体积稳定性；同一配合比用机制砂细度模数和石粉含量变化应尽量小，否则需对混凝土配合比进行调整；,50,当石粉含量较高，混凝土较为粘滞的情况下，应适当降低混凝土的砂率；机制砂混凝土的容重高，因此采用假定容重进行配合比设计时必须进行考虑；,51,七、机制砂混凝土的施工要点,机制砂混凝土的施工JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范JTJ041-94公路隧道施工技术规范JTG F30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范进行,52,机制砂混凝土的拌制、运输、浇筑等施工要求均与天然砂混凝土施工相同；机制砂混凝土搅拌时间应比天然砂混凝土搅拌时间增加30s60s；,53,机制砂混凝土比同天然砂混凝土易液化，避免过振；机制砂混凝土的养护应注意早期养护，以防止机制砂混凝土的塑性收缩和干燥收缩裂缝。养护时间应比天然砂混凝土延长2d3d。,54,机制砂混凝土的质量验收GBJ10-87混凝土强度检验评定标准GB50204-2002混凝土结构工程施工质量验收规范JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范JTJ041-94公路隧道施工技术规范JTG F30-2003公路水泥混凝土路面施工技术规范的规定。,55,谢谢大家的光临,
