贵州地区石灰岩机制砂高性能混凝土的研究及工程应用

贵州地区石灰岩机制砂高性能混凝土的研究及应用贵州省高速公路开发总公司同济大学报告内容贵州地区石灰岩机制砂概述机制砂高性能混凝土应用机制砂抗扰动混凝土钢管拱自密实混凝土机制砂水下抗分散混凝土机制砂自密实片石混凝土机制砂超高墩泵送混凝土机制砂高强高性能混凝土1贵州地区石灰岩机制砂概述由于资源和环境所限，机制砂在贵州、云南等西部地区应用广泛。石灰岩（Limestone）简称灰岩，是以方解石为主要成分的碳酸盐岩。贵州地区因地质环境条件而盛产石灰岩，因此，机制砂绝大部分均是采用石灰岩制备而成。机制砂生产工艺及设备机制砂及粉尘的生产传统机制生产设备及工艺普通机制砂水洗砂超粒径碎石破碎机制砂机制砂及粉尘的生产传统机制生产设备及工艺机制砂及粉尘的生产传统机制生产设备及工艺机制砂及粉尘的生产传统工艺机制砂特点机制砂颗粒形貌不好，多棱角，针片状颗粒较多，石粉含量不可控制。机制砂级配不合理，粗颗粒多细颗粒少，呈现“两头大中间小”的态势。石粉含量不可控，偏高或偏低。机制砂及粉尘的生产设备及工艺优化制砂设备优化除粉设备优化机制砂及粉尘的生产设备及工艺优化原料处理工艺优化机制砂及粉尘的生产设备及工艺优化破碎工艺优化尾矿原料喂料机冲击式破碎机筛分装置新型石粉分离机粉尘统一处理整形破碎多次回笼123机制砂及粉尘的生产设备及工艺优化除粉工艺优化1进料口；2机壳；3平板A；4平板B；5平板C；6透风孔；7出料口；8回风口；9阀门；10法兰；11通风口；12防护板；13管道风档筛孔直径/mm累计筛余/%细度模数风档筛孔直径/mm累计筛余/%细度模数零4.7502.6三4.7502.82.3612.62.3612.61.1838.71.1839.10.6052.00.6057.70.3074.90.3083.30.1583.60.1591.3石粉含量：11.8%石粉含量：5.6%四4.7503.1五4.7503.22.3617.92.3618.81.1848.61.1850.10.6063.40.6067.90.3087.30.3089.80.1594.40.1595.6石粉含量：4.2%石粉含量：3.0%整体优化后机制砂生产工艺流程制砂原料优化制砂工艺优化多次回笼整形除粉工艺优化高品质机制砂尾矿机制砂及粉尘的生产粉尘的来源矿山爆破。露天采场往往不对爆破现场进行降尘收尘处理，爆破过程将产生大量飞石粉尘。破碎加工。这也是露天石矿粉尘的主要来源。在破碎过程中碎石相互挤压撞击，在坠落或振动筛上抖动导致大量粉尘产生。砂石产品装卸。砂石产品在大型机械装卸过程中会产生扬尘。机制砂技术指标对比普通指标对比特征指标对比粗糙度高品质机制砂普通机制砂河砂粗糙度/s30.542.823.7高品质机制砂由于粒型较普通机制砂更接近球体，经过颗粒整形工序后其表面粗糙程度降低，棱角更加圆润，使得粗糙度指标低于普通机制砂。机制砂技术指标对比颗粒形貌(2.36~1.18mm)普通机制砂机制砂技术指标对比颗粒形貌(2.36~1.18mm)普通机制砂机制砂技术指标对比颗粒形貌(1.18~0.06mm)高品质机制砂机制砂技术指标对比颗粒形貌(2.36~1.18mm)高品质机制砂机制砂技术指标对比颗粒形貌(2.36~1.18mm)河砂机制砂技术指标对比球体类似度取样采集数码影像处理为平面图形利用软件逐粒分析汇总计算结果机制砂技术指标对比相似度计算机制砂技术指标对比球体类似度计算项目不同角度投影图形圆形相似度球体类似度平均值高品质机制砂10.530.500.420.460.480.51………………60.590.580.460.590.55普通机制砂10.550.570.490.570.540.47………………60.420.560.470.530.49河砂10.550.570.480.520.530.57………………60.670.630.620.580.62机制砂技术指标对比机制砂生产工艺对技术指标的控制机制砂的技术要求1、砂的定义按照GB/T14684-2001建筑用砂，其机制砂的定义为：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、风华岩石的颗粒）。一般砂的表现密度在2.5以上，吸水率在3%以下。2、砂的细度模数砂的粗细程度用细度模数（M）表示，一般分为粗、中、细三种规格。其中：粗砂的细度模数为：3.7～3.1中砂的细度模数为：3.0～2.3细砂的细度模数为：2.2～1.6机制砂的技术要求3、砂的类别砂的类别按其技术要求分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，各有其不同的用途。4、砂的颗粒级配砂的颗粒级配在4.75mm～0.15mm之间，一般由方孔筛网4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15mm几个规格组成，且对其规格的百分比都有一定的要求。5、砂的含泥量和含泥块量砂的含泥量和含泥块量根据不同的砂的等级有不同的要求。一般而言，含泥量最大不得超过5%，而含泥块量最大不得超过2%为宜。机制砂抗扰动混凝土是为适应现代交通技术发展需求而研制的一种新型的混凝土，它可以抵抗行车荷载引起的车桥耦合振动对新拌及硬化混凝土的损害损伤，进而保证在不中断交通的情况下进行桥面大范围重新铺装浇筑质量。抗扰动混凝土广泛适用各类混凝土修补工程，尤其适用于桥梁、隧道、公路等混凝土修补与抢修工程。2.1机制砂抗扰动混凝土机制砂抗扰动混凝土特性：高抗交通扰动性合理的初凝终凝时间差高早期强度高抗裂性，高流动性能高流动性能高粘结性能高耐久性C50机制砂抗扰动自密实混凝土主要用于贵州韩家店Ⅰ号特大桥维修加固工程中。该桥是连接重庆和贵州的公路动脉，经统计该桥车流量高到6200辆/天，承载着繁重的交通任务，传统的修复方法需中断交通，将产生巨大的经济损失，严重影响社会正常的生产和生活。该工程采用C50机制砂抗扰动泵送混凝土。腹板以及转向块等处采用机制砂抗扰动自密实混凝土。在桥面浇筑施工期间，仅进行限速控制，基本保证了该桥的正常通行。采用机制砂抗扰动混凝土避免了车桥耦合振动对新拌混凝土的损害，新浇筑的桥面平整度高，几乎没有裂缝。抗扰动混凝土在韩家店I号特大桥中用量在1500方左右，应用效果良好，取得了显著的社会和经济效益。自密实混凝土是一种通过合理配合比设计与配制而成的具有高流动性、穿越钢筋能力和抗离析能力的特种混凝土。钢管拱自密实混凝土是将自密实混凝土填入薄壁钢管拱内形成的一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的一种新型组合结构材料，钢管拱及其核心混凝土之间的力学与刚度的协同互补，使其在施工工艺方面表现出了其它材料无可比拟的优势。2.2钢管拱自密实混凝土钢管拱自密实混凝土主要用于贵阳南环线工程花溪I号大桥施工建设中。C50钢管拱自密实混凝土性能：初始坍落度260mm坍落扩展度700mm4h后坍落度260mm坍落扩展度650mm6h坍落度240mm坍落扩展度600mm8h后坍落度220mm，坍落扩展度575mm；混凝土常压泌水率0%T50时间10.2s混凝土抗压强度3d：41.3MPa7d：59.5MPa28d：79.0MPa28d弹性模量4.57×104MPa；28d自由膨胀率2.4×10－4。针对钢管拱自密实混凝土，施工中采用泵送顶升施工工艺。钢管拱自密实混凝土的成功应用缩短了花溪I号大桥的施工周期，保证了施工质量，效果显著。机制砂水下抗分散混凝土，即采用水下抗分散剂与合理的混凝土原材料，经合理配合比设计后，配制出一种在水下施工时不离析、抗分散、自密实、自流平、且安全无毒，不污染环境的水下抗分散混凝土。2.3机制砂水下抗分散混凝土机制砂水下抗分散混凝土主要应用于贵州花鱼洞大桥桥墩基础下溶洞的修补和填充。花鱼洞大桥跨越红枫湖水库，勘探结果表明，桥墩基础下岩溶发育，对基础稳定性影响较大，需做特殊处理。由于场区工程地质条件及水文地质条件较复杂，设计规定对溶洞采用水下抗分散混凝土进行修补填充，要求修补后填充密实，能满足基础承载能力需要，且对环境无污染，不能影响红枫湖饮用水源。C30机制砂水下抗分散混凝土技术指标初始流动度200mm初始扩展度400mm7d陆上抗压强度20MPa28d陆上抗压强度35MPa7d水陆抗压强度比70%28d水陆抗压强度比80%水下抗分散混凝土的施工流程：施工准备→测量定位→钻出浇筑口→搭建施工平台→安装泵压设备→混凝土拌制运输→混凝土浇筑。机制砂水下抗分散混凝土取得了良好的工程应用效果，成功解决了贵州花鱼洞大桥桥墩基础下溶洞的修补和填充等工程问题。机制砂自密实片石混凝土是指首先将满足一定粒径要求的大块石/片石直接放入施工仓，形成有一定空隙的片石体，然后在片石体表面浇注机制砂配制的超流态机制砂自密实混凝土，依靠自重，完全填充片石空隙，机制砂超流态机制砂自密实混凝土硬化后与片石形成完整、密实、低水化热的混凝土结构。2.4机制砂自密实片石混凝土自密实混凝土充填堆石体形成机制砂自密实片石混凝土示意SCC机制砂自密实片石混凝土主要应用于贵州地区高速公路挡土墙中。仓石入库模板安装超流态机制砂自密实混凝土浇筑机制砂自密实片石混凝土的性能优势混凝土施工简单，无需振捣，施工速度快；避免了振捣过程，减少了人为干扰，因此施工质量容易保证；成本低，仅为常规混凝土造价的60%左右；单方机制砂自密实片石混凝土使用了大量的骨料和少量的水泥，因此水化温升较低，温控比较容易，同时体积稳定性好，体积收缩小；减少或免除了凿毛的工序，提高施工速度；拌和楼的规模可以大大减小（级配单一，量少）。目前机制砂自密实片石混凝土已在贵州惠新高速、毕威高速等工程得到广泛的推广应用。对机制砂泵送混凝土，骨料级配不合理，细颗粒总量多，内聚性差，在管内作“柱塞”运动时，阻碍形成合适的润滑层，导致流动阻力增加。因此机制砂超高混凝土提高可泵性的技术关键是增大混凝土内聚性，减小流动阻力。2.5机制砂超高墩泵送混凝土机制砂超高墩泵送混凝土在贵州地区得到广泛应用，典型工程为赫章大桥的施工建设中。1.控制总胶凝材料用量，不宜大于500kg/m3;2.选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、尽量降低水泥熟料用量；3.单掺或复掺适量的活性矿物掺合料，如粉煤灰或矿渣粉，掺量宜大于20%；4.优选选用聚羧酸高性能减水剂；5.掺加适量引气组分；C50机制砂超高墩大体积混凝土设计与配制原则6.根据最紧密堆积理论，选择合理的大小碎石比例，使其堆积密度最大，空隙率最小；7.选择优化配合比基本参数，使新拌混凝土具有较好的工作性能；8.在满足新拌混凝土工作性能的条件下，适当的降低水胶比，以保证早期强度；9.在满足混凝土拌合物工作性能的条件下，控制配合比参数，以降低其对早期弹性模量影响。C50机制砂超高墩大体积混凝土性能指标初始坍落度180~220mm，初始扩展度≥550mm；1h坍落度180~220mm，扩展度≥500mm；常压泌水率小于0.5%，无离析、低粘度；抗压强度3d≥20MPa；7d≥45MPa；28d≥60MPa；混凝土28d弹性模量应不小于3.5×104MPa；机制砂超高墩泵送混凝土拌合物状态好，施工性能优良，目前在贵州地区的应用量已超过5000m3。机制砂高强高性能混凝土不仅要求其具有良好的可泵性，以及达到强度要求；此外考虑到混凝土的应用环境和耐久性。要求能够更好地满足结构功能要求和施工工艺要求，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。2.6机制砂高强高性能混凝土机制砂高强高性能混凝土配合比设计原则尽可能减少硅酸盐水泥用量；控制总胶凝材料用量，适量单掺或复掺优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料或复合矿物掺和料；选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥；优选高效减水、适量引气、改善能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的复合聚羧酸减水剂；机制砂、碎石应严格控制其泥及泥块含量，优化级配；机制砂高强高性能混凝土在贵州地区广泛应用