第５期（总第３６０期） 【文章编号］１００９－２８４６（２０１２）０５－００３０－０３ 吉 林 水利 ２０１２年５月 机制砂高性能混凝土在隧道衬砌中的应用 王全良 （中铁十三局集团有限公司，吉林长春１３００３１） ［摘要］机制砂因石粉含量过高，了混凝土中的广泛应用，特别是高性能混凝土对其石粉含量的更加严格。 本文针对工程特点和当地材料情况，通过研究石粉含量对高性能混凝土拌合物流动性、强度、耐久性的试验研究， 得出了合适的机制砂石粉含量，并成功应用。保证了工程质量、充分利用了资源并获得了较好的经济效益。 ［关键词】机制砂；混凝土；隧道衬砌；应用 【中国分类号］ＴＶ ４３１ 【文献标识码】Ｂ 适当放宽了对机制砂石粉含量的，充分利用 了资源，并获得了较好工程质量和经济效益。 机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成 的，粒径在４．７５ ｍｍ一７５１ｘｍ的岩石颗粒。机制砂在 ２应用试验 ２．１试验方法 加工过程中产生了的小于７５１ｘｍ的岩石颗粒．称为 石粉。国内现行《建设用砂｝ＧＢ／Ｔ １４６８４—２０１１、 根据工程需要．主要针对石粉含量对混凝土 拌合物流动性的影响、对混凝土抗压强度的影响 和对混凝土耐久性的影响三个方面进行。由于混 凝土抗冻性与抗渗性、电通量存在着必然的联系． 可通过前者直接分析。未进行抗渗性与电通量试 验。 《铁路混凝土工程施工质量验收标准））ＴＢ／Ｔ １０４２４— ２０１０、《公路桥涵施工技术规范））ＪＴＧ／Ｔ Ｆ５０—２０１ １ 等标准都对石粉含量都作了，对于Ｃ３０以上 混凝土均在７．Ｏ％以下。 沪、昆高速铁路贵州段某隧道长约８５６１ ｍ，设 计强度等级为Ｃ３５、抗渗等级＞Ｐ１２、抗冻等级 Ｆ２００、电通量＜１２００Ｃ。该工程地处典型的高山区， 多山、河流甚少且多为季节性河流，天然河砂不但 料源匮乏，且含泥量大、级配差．不能用于铁路工 考虑到材料的相容性、提高试验精度，本次试 验模拟工程用混凝土进行，全部材料均为以后工 程之用；采用固定碎石用量、固定用水量，减水剂 掺量确定为胶凝材料水泥总重量的１％。为减少影 程高性能混凝土。 而外运优质天然河砂不仅运距远、单价高．且 不能保证连续供应，满足不了工程需要。在进行当 地料源调研中发现。即使使用专门的制砂设备，调 整筛网和控制粉尘含量，所生产的机制砂．除颗粒 级配、细度模数和压碎指标值等指标要求外．其小 于７５１￣ｍ的石粉含量仍不能达到相应的规范要求。 在此情况下，为保证工程质量和降低工程造 响因素，本次试验未加粉煤灰。以８种不同石粉掺 量的混凝土，分别检测其新拌混凝土坍落度、硬化 混凝土强度和耐久性（抗冻融）试验。 本次试验采用８０Ｌ双卧轴强制式混凝土搅拌 机搅拌。分别按《普通混凝土拌合物性能试验方 法＞）ＧＢ／Ｔ ５００８０－－２００２、《普通混凝土力学性能试验 方法））ＧＢ／Ｔ ５００８１－－２００２、《普通混凝土长期性能 和耐久性能试验方法标准》ＧＢ／Ｔ ５００８２—２００９进 行。 ２．２试验用原材料及混凝土配合比 ２．２．１ 试验用原材料 价，经设计部门同意，通过研究石粉含量对高性能 混凝土拌合物流动性、强度、耐久性的试验研究， 得出了合适的机制砂石粉含量。在证明能确保混 凝土设计强度、施工性能和耐久性要求的前提下， ［收稿日期］２０１２－０４—０５ ［作者简介］王全良（１９７０－），男．大本，高工，现从事技术工作。 ｌ１水泥：贵州拓达普通硅酸盐水泥，强度等级 一３Ｏ一 吉林水利 机制砂高性能混凝土在隧道衬砌中的应用 王全良２０１２年５月 Ｐ・Ｏ ４２．５．主要技术指标见表１。 ８７．８ＭＰａ；岩相法对矿物组成和类型进行检验确定 表１ 水泥主要技术指标 为碱一硅酸类型，快速砂浆棒膨胀率小于Ｏ．１０％；用 专门机组生产，利用风选收尘方法去除石粉含量， 其石粉控制难度保持在中等水平。试验时，除石粉 含量为人工控制（按需要加入）外，其他主要技术指 ２）机制砂：母材为石灰岩，饱和抗压强度为 标均为出厂指标，机制砂主要技术指标见表２。 表２ 机制砂主要技术指标 注：①该砂除石粉含量外，技术要求分类为Ⅱ类；②ＭＢ值≤１．４、快速法试验合格。 ３１碎石：与机制砂为同一石场，由二级配混配 ２．２．２混凝土配合比 而成的连续级配，最大公称粒径３１．５ｍｍ，主要技术 掺石粉混凝土配合比按照高性能混凝土强 指标见表３。 度、耐久性及施工要求，设计了石粉掺量为０％、 ４）水：地下溶洞水，符合饮用水标准 ３％、５％、７％、９％、１２％、１５％和２０％的８种方案。掺 ５１粉煤灰：火力发电厂干法收集粉煤灰，符合 石粉混凝土配合比见表６。 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰）ＧＢ／Ｔ １５９６— ２．３试验结果 ２００５中Ⅱ级要求，主要技术指标见表４。 机制砂石粉含量对混凝土拌合物流动性的影 ６）外加剂：采用聚羧酸高性能混凝土减水剂， 响见图１；机制砂对混凝土抗压强度的影响见图 主要技术指标见表５。 ２；机制砂对混凝土耐久性的影响见图３。 表３ 碎石主要技术指标 细度（％） 烧失量（％） 需水量比（％） 碱含量（％） 安定性（ｍｍ） 游离氧化钙（％） Ｃｌ一含量（％） ＳＯ，含量（％） 机制砂表面粗糙，拌合物流动时会受到更大 ３ 结果分析 的摩擦力，即便是增大用水量，但也无法保持而会 从中泌出，并不会使混凝土拌合物流动性增加；石 ３．１ 石粉含量对混凝土拌合物流动性的影响 粉加入后，与水和水泥形成浆体、包裹并润滑其表 一３１— 吉林水利 机制砂高性能混凝土在隧道衬砌中的应用 王全良２０１２年５月 面，减少了拌合物的泌水，从而提高混凝土拌合物 的流变性。由图１可见，当石粉含量加入时，混凝 土拌合物坍落度随掺量的增加而增大。至石粉掺 量达到９％时仍能呈现其线性。但石粉表面积大， 过多时消耗其混凝土用水量，导制拌合物流动性 的损失。 ３０ｏ ２５０ ， １ ， 一 、、 ２０ｏ ， 壤 安 １５０ ｌｏｏ ０ ２ ４ ６ ８ ｌ０ ｌ２ １４ １６ 石粉掺量（％） 图１ 石粉含量对混凝土坍落度的影响 ３．２石粉含量对混凝土抗压强度的影响 由于机制砂中的石粉，既可补偿混凝土中细 粉料含量不足，又可改善了拌合物的泌水，从而增 ∞ 如 ∞ ∞ ∞ ∞ 加了混凝土密度：又因其石粉中的碳酸盐在与水 泥的铝硅酸盐水化形成碳铝酸盐。使水泥强度得 以提高。由图２可见，当石粉含量达ｌ５％以下时， 混凝土强度随之增加，但过多时．由于水泥的铝成 分有限，过多的石粉只能起惰性料的填充作用，反 而降低其混凝土强度。 ３．３ 石粉含量对混凝土耐久性ｆ抗冻融１的影响 ／一＾ ＼ ． ， —＼ Ｏ ５ ｌＯ ｌ５ ２０ 石粉掺量（％） 图２石粉含量对混凝土抗压强度的影响 机制砂混凝土拌合物出现的大量泌水被石粉 所吸附，减少了硬化混凝土的内部及外部孔隙；一 定含量的石粉填充了混凝土的微观孔隙：而另一 部分石粉还掺与了水泥的水化生成了新的水泥 石。所以。通过石粉对机制砂混凝土的密度和强度 的改善，从而提高其耐久性。从图３可见，当取石 粉含量达１５％时，混凝土抗冻性随之增加．当达到 ２０％时，由于过度填充，形成惰性料较多，破坏了水 一３２一 泥对石粉的充分包裹，使混凝土抗冻性呈下降趋 势。 ／。 一 ＼ 一 ＼ ５ ｌＯ ｌ５ 石粉掺量（％） 图３机制砂石粉含量对混凝土抗冻性的影响 ４工程实际应用 根据上述研究成果，从混凝土施工流动性、强 度及耐久性、成本等因素进行综合分析。工程用混 凝土石粉掺量确定为１０％。增加粉煤灰．采用了聚 羧酸高性能混凝土减水剂，最终确定工程用施工 配合比为：水泥：粉煤灰：机制砂：石粉：碎石：水： 减水剂＝２８１：９５：７３７：８２：１００５：１７３：３．７３。 施工混凝土拌合物出机６０ｍｉｎ后坍落度为 ２１２ｍｍ、扩展度为５１４ｒａｍ，５６ｄ抗压强度４５．６ＭＰａ、 抗渗等级＞Ｐ１２、抗冻等级Ｆ＞２００、电通量（Ｃ）８９５，满 足了工程质量要求；该隧道混凝土用砂约１５万余 立方米，与外运合格天然河砂比较，每立方米混凝 土可节省成本约８９元，共节约资金１３００余万元。 取得了较好的技术经济效益。 ５ 结论 机制砂中的石粉含量，虽经设备技术改造、生 产控制，但仍高于混凝土用砂质量标准。这是目前 各建设行业不争的事实。 石粉对混凝土性能的改善效果．除与机制砂 技术指标有关外，其母岩种类也有关。如石灰岩类 石粉，对混凝土强度有明显提高。而且，各地母岩 差异大，混凝土工程所处的环境不同、设计技术指 标参数亦不同，所以，施工前必须开展与混凝土工 程设计技术指标进行相应的试验研究。 对石粉的．应以对混凝土是否构成危害 为依据。经技术措施处理后，证明对混凝土质量无 影响时，可合理放宽。这样在保证工程质量的 前提下，既利于降低工程成本，又利于环境保护。 口
