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机制砂的优缺点及其在混凝土和工程中的应用!

来源:石家庄市海森化工有限公司  日期:2018-11-15 09:00:52  属于:产品技术
文章摘要: 机制砂的优缺点及其在混凝土和工程中的应用!目前,机制砂混凝土在施工实践中应用较少,对这种混凝土的长期性能还缺乏深入的研究。这些性能主要包括收缩徐变性能、抗冻性能以及抗渗性能等耐久性指标。在今后的工程施工中应不断加强研究,以完善机制砂混凝土的各种指标,使其在工程中得以广泛的应用。

机制砂的优缺点及其在混凝土和工程中的应用!
1机制砂的优缺点,
根据在云南蒙自地区利用机制砂的经验,将其优缺点总结如下。
 

1. 1机制砂的优点

  采用机制砂配置混凝土具有如下优点:

  (1)工厂化生产,质量可以得到保证工厂生产可以从选材、破碎等一系列工艺流程上建立质量监控体系,生产条件好,砂的质量有保障。

  (2)砂的物理力学性能好

  可以有意识的选择硬质岩石生产机制砂,避免采用软质、风化岩石,同时,含泥(块)量可人工筛分控制。化学成份与母材、碎石一致,对混凝土无负面作用,适合做高强混凝土。

  (3)机制砂的颗粒级配、细度模数可以调整可以根据工程的需要,结合母材的特点和混凝土的要求,调整机制砂的细度模数和颗粒级配。调整措施主要通过破碎设备、工艺流程的选择来完成。

1. 2机制砂的缺点

  (1)天然砂颗粒浑圆,表面光滑。天然中砂细度模数多为2. 6 3. 0,级配较好,对混凝土的工作性十分有利。机制砂颗粒尖锐,多棱角,表面粗糙,细度模数多为3. 0以上,与天然河砂相比,机制砂的颗粒级配稍差,大于2. 5 mm和小于0. 08 mm的颗粒偏多,导致混凝土的和易性较差,容易引起混凝土的外观质量缺陷。机制砂母材的变化会引起机制砂质量的波动,给施工质量的控制带来一定的难度。但是,机制砂的缺点可以通过选择合适的碎砂设备、合理利用砂中含石粉量、调整砂率,以及选用合适的外加剂等措施来克服。

  (2)机制砂含有一定量的石粉。石粉和泥的粒径虽然都小于0. 075 mm,但是他们的成份不同,细度相差也较大。泥颗粒大多小于0. 016 mm,而石粉颗粒大都在0. 016 -0. 075 mm之间。泥吸附在砂的表面,妨碍砂与水泥的粘结;而适量的石粉可填充在水泥、细砂的空隙之间,增强机制砂混凝土的工作性。
 

2机制砂混凝土的性能

2. 1硬化前混凝土的性能

  机制砂混凝土硬化前的性能主要涉及到混凝土的稠度、和易性(工作性)、可塑性、可加工性(可修饰性或可抹平性)等方面,这些性能并不是孤立的,而是有一定的相互关联,是从不同的角度描述新拌混凝土的特性。其中,混凝土的和易性是非常重要的一个指标,它不仅表示混凝土浇灌成型的难易程度,也表示混凝土抵抗材料分层离析的能力。混凝土和易性的具体指标为坍落度。

  在水灰比相同的条件下,机制砂混凝土坍落度要小于河砂混凝土,这主要是机制砂本身具有裂隙、空隙及孔洞,其有一部分颗粒为矿物颗粒集合体,这样就增大了砂子的比表面积,吸附了更多的水,导致混凝土的需水量增加,坍落度减小。相同条件下,配置相同坍落度的混凝土,机制砂比天然河砂需水量增加5-10 kg /m3. 机制砂混凝土的和易性与细骨料(砂)的级配和细度模数有关,同时,也牵涉到用水量、水泥用量、砂率等参数,还需要针对工程实践进行深入研究。一般认为,细度模数以控制在3. 0 -3. 4之间为佳。若细度模数太大,则粗颗粒太多,级配不合理,使混凝土的和易性变差,虽然掺入粉煤灰可以弥补上述缺陷,但成本也会相应提高,经济上不合理;若细度模数太小,则小于0. 075 mm的细粉过多,需水量增大,混凝土强度降低,水泥用量增加。石粉含量也是影响坍落度的重要指标,石粉含量太低(小于5% )时,混凝土的和易性、沁水性较差,当石粉含量控制在6% 9%时,对混凝土的强度的影响不是很大,和易性也很好。按机制砂的特点进行混凝土配比设计,通过合理利用机制砂中的石粉,调整机制砂的砂率,可以配制出和易性很好、适合泵送的机制砂混凝土。 

2. 2机制砂混凝土的力学性能

混凝土的力学性能指标包括抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗弯强度、弹性模量、粘结强度、疲劳强度、收缩徐变特性等。针对这些指标进行深入研究的还比较少。但是,对于抗压强度、弹性模量这2个主要指标,国内外却积累了较丰富的实验资料。一般机制砂筛余0. 300 mm以下所占比例较小,仅有10%左右。相关混凝土泵送施工技术规程中指明,泵送混凝土细骨料通过0. 300 mm筛孔的筛余不应小于15%.天然细砂的粒径主要集中在0. 3 mm以下,细度模数一般在1. 5左右。天然细砂细度模数低,若单独配制混凝土,会由于收缩大引起混凝土开裂,但是可以利用天然细砂粒径主要集中在0. 3 mm以下的特点,与机制砂复合组成人工混合砂,从而使配置的混凝土获得良好的施工性能。

通常用40%的天然细砂与60%的机制砂混合作为细骨料使用,可以取得良好的效果。文献< 9 >对特细砂、混合砂、机制砂混凝土进行了实验对比,其复合砂中特细砂和机制砂的比例为4 B6,机制砂母岩为石灰岩。3为文献< 10>的实验结果。由于机制砂一般采用硬质岩石破碎,机制砂比天然砂的抗压强度更高。所以机制砂混凝土与天然砂混凝土相比,各项力学性能指标不低,甚至更高。当然,混凝土的强度、弹性模量等力学性能指标除了和砂的强度有关外,还与其他因素有关,如机制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的砂率等。机制砂混凝土的实验表明,石粉含量对混凝土的强度的影响很大,石粉含量越高,混凝土的强度随之降低。机制砂砂率在小于40%时,拌合物过于粘稠,砂率增大后,工作性能得到改善,砂率在42% 46%时,强度趋于稳定。砂率超过50% ,不但强度有所下降,而且静力弹性模量显著降低。 

2. 3机制砂混凝土的耐久性能

  混凝土的耐久性能是指混凝土在长期使用过程中,具有抵抗冻融循环等气候条件、酸碱等物理化学侵蚀作用、受光热作用、流水冲蚀作用的能力。混凝土越密实,抗渗抗冻性越好。由于混凝土的抗渗性主要与其孔隙有关。研究者认为机制砂中的石粉只是一种有效的填料,虽然不具有活性,但提高了混凝土的密实性,增强了水泥石与骨料界面粘结;而有人则认为石粉能加速C3S的水化,并与C3AC4AF反应生成结晶水化物,并能改善水泥石的孔隙结构,因此抗渗性能得到提高。对于机制砂混凝土的抗冻融耐久性还缺乏系统的研究。综合已有的研究结果,可以发现机制砂在一定程度上改善了混凝土的工作性能,具有一定的微集料填充效果,从而改善了混凝土的孔隙结构,增加了混凝土的密实度。试验结果表明,混合砂与天然中砂配制的混凝土一样,具有优越的抗渗性能。同时试验还表明,机制砂和天然细砂混合配制出的混凝土在抗冻性、抗渗性、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀及抗碳化性能方面都优于中砂混凝土,机制砂和天然细砂混合配制出的混凝土抗渗性劣于中砂混凝土。

 

3机制砂混凝土在工程实践中的应用

  在已有的工程实践中,机制砂配制出了从C10 C55的普通混凝土和泵送混凝土,我国的三峡工程和黄河小浪底等水利工程都采用了机制砂混凝土。在桥梁工程中,湖南怀新高速公路的有平溪河桥、苦麻寨桥、坳背村高架桥均使用了机制砂配制混凝土,混凝土等级有C25普通混凝土, C25水下混凝土, C30普通混凝土, C40普通混凝土。在重庆嘉陵江黄花园大桥建设中,通过对机制砂与渠河砂复合取代简阳砂配制黄花园大桥主桥箱梁C50混凝土,各项工作性能指标和力学性能指标均符合规范要求,工程应用效果良好。在铁路桥梁中,株六线南山河特大桥C55高性能混凝土成功应用机制砂配制。

  玉蒙铁路第五标段,在混凝土结构物中就全部使用了机制砂。在施工之初,由于对机制砂的应用在理论上没有依据可循,从而与自然砂等同使用,造成混凝土质量下滑,特别是表面质量不能满足要求。

  随着施工的进展和试验室工作的加强,混凝土质量有所提高。现在该标段的特大桥、大桥、涵洞、隧道工程等混凝土外观和抗压强度都能满足工程的质量要求。特别在工程造价方面,由于自然砂的当地价格是机制砂的3倍多,所以采用机制砂。

 

4机制砂混凝土应用需进一步研究的问题

  机制砂在我国混凝土结构工程实践中的应用还处于起步阶段,为了推广机制砂在混凝土特别是桥梁工程中高性能混凝土中的应用,还应开展深入、广泛的研究。研究重点应包含以下几个方面。

4. 1机制砂颗粒形状、颗粒级配的研究

  机制砂的颗粒形状、颗粒级配影响混凝土的和易性、强度、抗干缩性及耐磨等性能。尤其是粒径小于0. 075 mm的石粉的合理含量需要认真研究。不同粒形的机制砂对混凝土的和易性影响较大,片状颗粒拌制的混凝土和易性较差,最理想的粒形是近似于立方体颗粒。机制砂中含有适量的石粉,不仅可提高混凝土的强度,还可改善混凝土的和易性,机制砂中的石粉控制在7%以内比较合适,但关于石粉的作用机理和合理含量仍有不同的意见。根据本公司应用机制砂的情况来看,严格控制石粉含量是比较困难的,这为在工程中充分利用机制砂提出了挑战。 

4. 2高效、优质制砂设备和制砂工艺的研究

  凡是能经济有效地加工出小于5 mm的合格粒度级配的机械加工设备都可以作为制砂机械。目前,磨碎机械、圆锥破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、笼型破碎机、辊式破碎机和立轴冲击式破碎机都可用于制砂。

  中小企业使用颚式破碎机较多,生产工艺极为简单,产品质量参差不齐。混凝土用机制砂对砂的颗粒形状及级配有很高的要求。有的设备生产的砂粒片状居多,有的存在过粉碎现象。为了生产出符合要求的优质机制砂,需要从设备选择、工艺流程、质量控制等方面进行综合研究。

  随着我国基本建设的不断深入和环境保护的日益加强,自然砂的利用在很多方面都有了限制。面对建筑业需要砂量的增加,自然资源已不能满足工程的需求,所以必须要在机制砂的利用上下功夫。如果机制砂使用取得成功,今后的施工组织将可能发生转变,如在围岩较好的隧道中施工,混凝土所需的碎石和机制砂就可以在掘进过程中得以解决。 

4. 3机制砂混凝土配合比的研究 

  机制砂混凝土的配合比对混凝土的各种性能,如和易性、力学性能、耐久性能和混凝土表面质量都有非常重要的影响。应深入开展满足各种强度等级、各类工作性能要求的机制砂混凝土的综合试验研究。通过在玉蒙铁路工程中利用机制砂,发现还应重点研究石粉含量、砂率、水灰比对混凝土各种性能的影响。

4. 4机制砂混凝土搅拌设备的研究

  在玉蒙铁路工程中,利用机制砂搅拌混凝土,搅拌设备也是影响混凝土质量的一个重要因素。机制砂混凝土的搅拌不宜采用小型搅拌设备。在施工之初,机制砂混凝土的搅拌采用与自然砂混凝土搅拌同样的方法,结果不能满足工程的质量要求。特别是少量混凝土的搅拌,决不能使用非强制性混凝土搅拌设备,否则混凝土的外观质量难以保证。机制砂混凝土只有采用大型搅拌站或强制搅拌设备来搅拌,才能保证工程质量。

4. 5机制砂混凝土的应用须加强工程试验

  机制砂混凝土的使用应按要求合理设立工程试验室,以加强对混凝土的配比、和易性、泌水性、抗冻、抗渗、抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗弯强度、弹性模量、疲劳强度、收缩徐变、耐久性能等指标的及时监控,从而保证混凝土的质量。

 

5结语

 

 机制砂的优缺点及其在混凝土和工程中的应用。目前,机制砂混凝土在施工实践中应用较少,对这种混凝土的长期性能还缺乏深入的研究。这些性能主要包括收缩徐变性能、抗冻性能以及抗渗性能等耐久性指标。在今后的工程施工中应不断加强研究,以完善机制砂混凝土的各种指标,使其在工程中得以广泛的应用。


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