机制砂在公路项目施工中的运用和探讨

机制砂在公路项目施工中的运用和探讨

王学明

葛洲坝集团交通投资有限公司， 湖北 武汉 430200

摘要：本文依据武阳高速公路黄石段机制砂用于混凝土浇筑的实践，详细介绍了本地机制砂用于混凝土配合比的试验过程及实际运用效果，成功解决了本项目混凝土用天然砂资源少、运距远、成本高的问题，证实机制砂可用于公路项目建设。

关键词：机制砂；试验；运用

1 工程背景

1.1 基本概况

武阳高速公路是国务院批复的《长江中游城市群发展规划》中武汉至南昌高速公路通道的重要组成部分。项目全线位于湖北省黄石市域内，路线全长91.32km，其中桥梁长26.44km，隧道长7.84km，路基长57.05km，桥隧比37.5%，混凝土总量172万m³。

1.2 混凝土设计情况

本工程设计涉及C15-C55间的常规类、小石类、水下、喷射、泵送、抗渗及钢纤维等各类混凝土。

1.3 工程所在地地质情况

本项目属江汉冲湖积平原向鄂赣边区的幕阜山山脉的过渡地带及鄂东南低山丘陵区，建筑地材资源丰富。

2 混凝土试配控制要点

2.1 原材料

2.1.1水泥

应符合现行《通用硅酸盐水泥》（GB175）规定，且为满足混凝土结构物耐久性要求，含碱量应不大于0.6%。

2.1.2细集料

级配良好、质地坚硬、颗粒洁净的本地机制砂，应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650-2020）表6.3.1规定。

2.1.3粗集料

质地坚硬、洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小，其技术指标应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650-2020）表6.4.1中规定。

2.1.4水

水的品质指标应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T3650-2020）中表6.5.1的规定，无明显颜色和异味。

2.1.5外加剂

与水泥、矿物掺合料之间应具有良好的相容性，其质量应符合现行《混凝土外加剂》(GB8076)的规定。

2.1.6掺合料

品质稳定，来料均匀，技术要求应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650-2020）中附录D规定。

2.2 成品

混凝土成品应满足强度及力学性能、拌合物性能、长期性能和耐久性要求；应具有良好的工作性，满足施工工艺要求；配比应确保质量和经济效益平衡。

2.3 原材料选用

根据工程周边建筑材料市场供应情况，结合设计文件要求，就近选取满足规范规定的合格材料。

水泥：华新水泥（阳新）有限公司的P·O 42.5，其碱含量0.51%；碎石：阳新秀川石材有限公司的（4.75～9.5）mm、（9.5～19）mm、（19～31.5）mm碎石；粉煤灰：湖北华电西塞山发电有限公司F类Ⅱ级粉煤灰；减水剂：岳阳东方雨虹防水技术有限责任公司的聚羧酸高性能减水剂CR-P200-47（缓凝型）；机制砂：湖北咸宁咸九建材有限公司生产。

3 配合比设计

3.1 原材料检测

对拟采用各原材料进行试验检测，记录试验成果表，对不合品进行剔除，确保原材料质量满足规范要求。结合各级碎石实验结果，对碎石进行级配组合，满足在最佳级配区间。

3.2 外加剂相容性检测

对原材进行混凝土外加剂相容性试验。拟先期对C35标号普通混凝土进行试验。通过前期原材试验进行分析，拟采取水泥：砂：水：粉煤灰=340：756：148：60进行试拌，结果显示外加剂掺量在1.0%时初始扩展度满足规范要求350±20mm，且砂浆扩展度1h经时损失为零，初步确定该外加剂及掺量适应本组材料。

3.3 配合比计算

3.3.1 强度

f_cu,0≥f_cu,k+1.645σ=35+1.645×5=43.2MPa

3.3.2 水胶比

f_b=γ_ff_ce==γ_cf_ce，g（α_a=0.53；α_b=0.20 γ_f=0.85）

f_b=γ_ff_ce==γ_cf_ce，g=0.85×1.16×42.5=41.905

W/B=(α_af_b)/(f_cu.0+α_aα_b f_b)=(0.53×41.905)/(43.2+0.53×0.20×41.905)=0.47

分别采用水胶比0.38、0.42、0.47以水泥：砂：碎石：粉煤灰：减水剂=340：756：1088：60：4.00的比例进行试配，对试配结果综合考虑强度值和经济性，拟初选设计配合比的水胶比为0.39。

3.3.3 用水量

用水量m_wo =m^，_wo （1-β）=220×（1-0.29）=156kg

3.3.4 胶凝材料、矿物掺和料和水泥用量

胶凝材料用量：m_b0 =m_wo/（W/B）=156/0.39=400kg/m³；

本工程环境类别与作用等级分别为一般环境和Ⅰ类，粉煤灰掺量不应大于30%，取15%，用量：m_f0 =m_b0β_f=400×0.15=60kg/m³；

水泥用量：m_c0=m_b0-m_f0=400-60=340kg/m³

3.3.5 砂率

初步以水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：减水剂=340：756：1088：156：60：4.00为基础，上下2%浮动砂率进行试拌，综合比选，拟选砂率41%。

3.3.6 粗、细骨料用量

采用质量法进行计算，粗、细骨料用量按下式1计算，砂率按下式2计算。

式1： m_cp=m_f0+m_c0+m_g0+m_s0+m_w0

式2： β_s=m_s0/(m_g0+m_s0)×100%

得到：M_so=756kg/m³ M_go=1088kg/m³

3.4 基准配合比验证

按初步选定设计配合比进行混凝土拌制，测试试验混凝土的坍落度、和易性及工作性能，能够满足各项要求，确定基准配合比为水泥：砂：碎石：水：粉煤灰：减水剂=340：756：1088：156：60：4.00。

3.5 理论配合比的调整与确定

将基准配合比的水胶比分别增减0.05，再次进行室内试拌，根据测试结果，最终确定略大于配置强度43.2MPa相对应的胶水比为0.39，最终推荐C35混凝土理论配合比见表3.5.1。

表3.5.1 C35混凝土配合比推荐表

4 施工情况及评价

4.1 正式施工

对各类原材料进场检验后，检测砂、碎石含水率，将理论配合比换算为施工配合比正式投入生产进行墩柱试施工。施工时，在混凝土出料口、施工现场对拌和物的坍落度、稠度进行抽样检验，各项指标均满足配合比设计及施工要求。

4.2 实体质量

对已浇筑混凝土养护后检查，总体外观良好，无大面蜂窝麻面、无明显气泡和水纹，表面颜色一致、色泽均匀；成型试块28天强度为39.3MPa，墩柱28天回弹强度为38.2MPa，碳化深度为0.0mm，强度指标满足设计要求。

5 经济效益

本工程一期土建结构物接近86万m³可使用机制砂拌制混凝土，按每立方混凝土使用750kg砂计算，天然河砂到岸价260元/t，机制砂190元/t，使用机制砂大致可节约工程造价86*0.750*（260-190）=4515万元。二期路面水稳层可全部采用机制砂进行拌制，路基全长57km，路基全宽24.5m，设计水稳层厚0.56m，大致可节约工程造价57*1000*24.5*0.56*（260-190）/10000=5474万元，总计将近可节约1个亿，经济效益相当可观。

6 结语

高速公路项目由于混凝土施工量大，天然河砂供应紧张，对项目施工进度及施工质量影响较大，用质量良好的机制砂替代天然河砂解决这种问题，还能大大降低工程造价，并因能避免天然料过度开采而有利于环境保护。

通过专业技术，机制砂混凝土工作性能、力学性能以及耐久性能够满足规范要求，本项目机制砂拌混凝土性能良好，实体质量优胜，说明机制砂用于混凝土施工完全可行。

[作者简介]王学明 男 葛洲坝集团交通投资有限公司 高级工程师 湖北省武汉市 430200

参考规范

《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420-2020）

《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）

《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）

《混凝土外加剂》（GB 8076-2008）

《公路工程混凝土结构耐久性设计规程》（JTG/T 3310-2019）