梁德興　青志剛

摘要：為推廣花崗巖機(jī)制砂在高速公路中的應(yīng)用，文章對(duì)比研究了花崗巖和石灰?guī)r原材特性及混凝土各項(xiàng)性能。試驗(yàn)結(jié)果表明：花崗巖母材強(qiáng)度高，壓碎值也相對(duì)較大，快速法檢測(cè)MB值不合格，應(yīng)用中需嚴(yán)格控制其石粉含量;在現(xiàn)有條件下，花崗巖與石灰?guī)r混合砂是解決花崗巖機(jī)制砂在中等標(biāo)號(hào)混凝土應(yīng)用問題的一個(gè)有效途徑。

關(guān)鍵詞：花崗巖機(jī)制砂;MB值;壓碎值;石粉含量;混合砂

0 引言

近十年來廣西高速公路發(fā)展進(jìn)入快車道，截至2019年年底，全區(qū)高速公路里程突破6 000 km，全區(qū)111個(gè)縣（區(qū)）已有102個(gè)通高速公路，縣縣通高速公路率為92%。根據(jù)《廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃（2018—2030年）》，至2030年廣西高速公路總里程將達(dá)1.52萬km，計(jì)劃新建高速公路8 000 km，短期內(nèi)大規(guī)模的建設(shè)對(duì)砂石等材料的供應(yīng)造成很大壓力。廣西礦石資源豐富，這為機(jī)制砂的加工提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，現(xiàn)今機(jī)制砂的應(yīng)用已然普遍，但廣西地區(qū)高速公路對(duì)花崗巖的應(yīng)用報(bào)道較少。本文依托新柳南高速公路項(xiàng)目，重點(diǎn)研究了花崗巖機(jī)制砂對(duì)混凝土的工作性能和力學(xué)性能影響，為該項(xiàng)目及今后項(xiàng)目如何使用花崗巖機(jī)制砂提供技術(shù)參考。

1 花崗巖與石灰?guī)r碎石和機(jī)制砂的對(duì)比研究

以石灰?guī)r為參照物，選取相關(guān)石場(chǎng)花崗巖碎石和機(jī)制砂作為研究對(duì)象，各石場(chǎng)母材、碎石和機(jī)制砂各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果如表1、表2所示。

表1顯示，各花崗巖石場(chǎng)母材強(qiáng)度較高，均超過120 MPa，超過石灰?guī)r母材強(qiáng)度20%以上。但從壓碎值試驗(yàn)結(jié)果來看，花崗巖碎石卻明顯大于石灰?guī)r碎石，在碎石壓碎值Ⅱ級(jí)20%的界限點(diǎn)上下?？梢娝槭瘔核橹挡粌H僅取決于母材的抗壓強(qiáng)度，還與其他因素如二次破碎的機(jī)械作用、碎石顆粒形狀、針片狀含量等有關(guān)[1]。影響壓碎值大小的其他因素在機(jī)制砂上面有更明顯的體現(xiàn)，從表2中可以看出，花崗巖機(jī)制砂壓碎值均大幅超過規(guī)范壓碎值Ⅲ級(jí)30%的界限，筆者認(rèn)為這與花崗巖在加工過程中剝落的軟弱顆粒，如云母等有很大的關(guān)聯(lián)。試驗(yàn)中的5個(gè)機(jī)制砂樣品，對(duì)比S1、S2，可以看出石粉含量對(duì)石灰?guī)rMB值大小幾乎無影響;對(duì)比S2、S3、S4、S5這4個(gè)機(jī)制砂樣品石粉含量均大于現(xiàn)行國(guó)標(biāo)規(guī)范10%的限值，其中3個(gè)花崗巖機(jī)制砂MB值均不合格?？梢奙B值雖然可以反映石粉的吸附特性，但與母巖的礦物成分相關(guān)，MB值大小不能等同于石粉含量多少[2-3]?？梢源_定的是，MB值不合格的機(jī)制砂必須要嚴(yán)控石粉含量，國(guó)標(biāo)對(duì)該類機(jī)制砂石粉含量也做了明確規(guī)定。

2 混凝土的配制與試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 配合比設(shè)計(jì)思路和試驗(yàn)方法

本次試驗(yàn)選用C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土配合比作為研究對(duì)象，按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）進(jìn)行設(shè)計(jì)，按兩階段進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)：（1）采用石灰?guī)r機(jī)制砂，對(duì)比研究花崗巖碎石與石灰?guī)r碎石對(duì)混凝土性能影響;（2）采用花崗巖碎石，對(duì)比研究了花崗巖機(jī)制砂和花崗巖、石灰?guī)r混合砂對(duì)混凝土性能影響，并選擇工作性能和力學(xué)性能均滿足要求的優(yōu)化配合比指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。各階段混凝土設(shè)計(jì)配合比如表3所示。

[HT11.ZDX]2.2 不同巖性碎石及機(jī)制砂對(duì)混凝土性能影響分析

混凝土的工作性能和力學(xué)性能如表4所示。

在第一階段配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)過程中，控制初始坍落度保持基本相同。從表3和表4可以看出，花崗巖碎石比石灰?guī)r碎石需水量稍大，二者在工作性能上拌和物坍落度損失相差不大，硬化后混凝土力學(xué)性能上表現(xiàn)也類似，但花崗巖混凝土的7 d、28 d強(qiáng)度相對(duì)偏低?？梢?，決定C30混凝土強(qiáng)度的決定因素是水膠比和膠凝材料用量。從對(duì)混凝土破碎試件的觀察來看，主要表現(xiàn)為水泥基體與碎石膠結(jié)面處破壞，碎石基本無破碎，這也從側(cè)面印證了母巖強(qiáng)度和壓碎值的大小對(duì)中低標(biāo)號(hào)混凝土強(qiáng)度影響不大。

第二階段配合比設(shè)計(jì)采用產(chǎn)量較大的三工區(qū)花崗巖碎石，分別研究了不同石場(chǎng)花崗巖機(jī)制砂、花崗巖和石灰?guī)r混合砂對(duì)混凝土各項(xiàng)性能的影響。保持其他因素不變，通過調(diào)整減水劑摻量來實(shí)現(xiàn)初始坍落度保持一致。與石灰?guī)r機(jī)制砂相比，花崗巖機(jī)制砂需水量較大，導(dǎo)致相同用水量情況下，外加劑摻量大大增加。而不同石場(chǎng)的機(jī)制砂需水量也不相同，這與母巖礦物成分和加工工藝有關(guān)。從工作性能來看，混凝土拌和物坍落度從30 min開始損失，1 h后損失加大，90 min后混凝土幾乎無流動(dòng)性;從強(qiáng)度表現(xiàn)來看，混凝土早期強(qiáng)度較低，28 d強(qiáng)度增長(zhǎng)5～7 MPa，56 d強(qiáng)度仍然有4 MPa以上的增長(zhǎng)。由此可見，花崗巖機(jī)制砂，特別是石粉對(duì)混凝土的工作性能和漿體與骨料的膠結(jié)性能均有較大影響。

為此，需要繼續(xù)優(yōu)化配合比來控制混凝土的用水量，混合砂是個(gè)很好的選擇。試驗(yàn)結(jié)果表明，混合砂中隨著花崗巖機(jī)制砂比例的逐漸增大，外加劑摻量呈遞增趨勢(shì)?；◢弾r機(jī)制砂比例在30%以內(nèi)時(shí)，90 min混凝土坍落度損失較小，現(xiàn)場(chǎng)施工不受影響;當(dāng)花崗巖機(jī)制砂比例超過50%時(shí)，1 h后坍落度損失加大，90 min后混凝土流動(dòng)性很差。從強(qiáng)度表現(xiàn)來看，花崗巖機(jī)制砂比例越高，早期強(qiáng)度越低，但56 d強(qiáng)度增長(zhǎng)越多。

3 工程應(yīng)用

試驗(yàn)選取花崗巖機(jī)制砂和石灰?guī)r機(jī)制砂各占50%的G4S550配合比作為墩柱生產(chǎn)配合比，并對(duì)混凝土的澆筑和半年內(nèi)混凝土的回彈強(qiáng)度及碳化深度進(jìn)行跟蹤。從整理的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，各項(xiàng)指標(biāo)均符合技術(shù)要求。在高速公路施工中，C30及以下強(qiáng)度等級(jí)混凝土采用花崗巖機(jī)制砂混凝土施工，應(yīng)用效果良好，也減少了對(duì)外購砂石的依賴，在保證工程質(zhì)量的前提下，為項(xiàng)目節(jié)省成本、創(chuàng)造利潤(rùn)，贏得了良好的社會(huì)效益。

4 結(jié)語

（1）與石灰?guī)r相比，花崗巖母巖抗壓強(qiáng)度較高，但花崗巖壓碎值也比石灰?guī)r大。

（2）在石粉含量相近條件下，花崗巖機(jī)制砂MB值表現(xiàn)為不合格，而石灰?guī)r機(jī)制砂MB值合格，且石粉含量多少對(duì)其影響不大。

（3）花崗巖機(jī)制砂中石粉含有大量的軟弱顆粒，如云母等對(duì)混凝土的工作性能和力學(xué)性能均有較大的影響，必須對(duì)花崗巖中的石粉含量加以嚴(yán)格限制。

（4）與石灰?guī)r相比，花崗巖碎石需水量略大，但花崗巖機(jī)制砂需水量大，混凝土漿體與骨料的膠結(jié)性能較差，導(dǎo)致其早期強(qiáng)度低，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，但28 d后強(qiáng)度仍有所增長(zhǎng)，建議在使用過程中觀察其56 d強(qiáng)度。

（5）混合砂是解決花崗巖機(jī)制砂應(yīng)用的有效途徑，它可以很好地改善混凝土的工作性能和力學(xué)性能。但在應(yīng)用和生產(chǎn)過程中，應(yīng)根據(jù)花崗巖機(jī)制砂的石粉含量及時(shí)調(diào)整混合砂的比例和外加劑摻量，才能起到很好的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]祝 明.廣西地區(qū)石灰?guī)r碎石壓碎值特性及對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[D].長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2012.

[2]岳海軍.機(jī)制砂的巖性與級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響研究[D].武漢：武漢理工大學(xué)，2012.

[3]李曉光，裴秀衛(wèi)，劉謹(jǐn)謹(jǐn).不同類型機(jī)制砂中粉體種類及含量對(duì)MB值的影響[J].施工技術(shù)，2019，8（4）：109-113.