花岗岩机制砂在法标优质混凝土中的应用

花岗岩机制砂在法标优质混凝土中的应用

路绪栋

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摘要：在环境保护日趋严格和河砂缺少的地区，以“就地取材、变废为宝”为原则，通过花岗岩机制砂替代河砂配置优质混凝土，可大幅提高经济效益和资源利用率。机制砂是现代工程中配制混凝土的关键材料，为提升其应用效果，本文针对某工程区域内的花岗岩机制砂特性展开探讨,探寻其在法标优质混凝土中的具体应用。通过研究可知花岗岩机制砂在法标优质混凝土中的利用具有广阔的研究空间，对于降低工程造价，保护生态环境具有重要意义，文章的研究成果可给类似工程提供一定的借鉴。

关键词：花岗岩机制砂；制砂特点；法标混凝土；应用策略

引言：

随着时代的进步，城镇化的推进，传统的砂质材料逐渐枯竭，而机制砂的生产和使用却变得越来越普遍，几乎90%的混凝土制造商都使用了这种新型材料。这种材料通常由原始的砂岩经过挖掘、机械粉磨和筛选制备，其中的砂粒直径小于4.75mm，而软质岩和风化岩则没有。由于城市化进程的推进，建筑行业面临巨大的挑战。这些挑战包括：新的建筑项目的出现，以及更多的人们选择更少的河沙作为混凝土的原材料。此外，由于山地地形复杂，河沙的运输费用也相当昂贵。科特迪瓦天然砂资源匮乏，项目所处铁比苏市周边经调查更是没有河砂，当地山砂细度模数1.1左右且含泥量高、无法使用，因此决定采用自产0-5mm机制砂代替河砂，建设方批准的情况下，科学使用人工生产机制砂代替河砂，以保证工程建设质量。

1.工程概况

科特迪瓦铁比苏－布瓦凯高速公路项目是科特迪瓦国A3公路的重要组成部分，A3公路纵贯南北，经济首都阿比让、政治首都亚穆苏克罗、第二大城市布瓦凯均分布其上，是该国公路交通运输的动脉之一，也是科特迪瓦共和国《高速公路网规划2015-2035》“3纵4横3环城”南北国际通道的重要组成部分，是该国重要的运输通道和骨架公路，是西非内陆国家通往港口的主要通道。

本项目执行法国标准，严格按照法国现行标准执行。其中桥涵构造物主要包括（坎河大桥1座，人行天桥9座，箱涵31座及路缘石，边沟等）设计混凝土方量22875 m³。

2.花岗岩机制砂的特点

当前，用于生产机制砂的材料大部分来自于花岗岩，它的密度高达2730kg/m3，而且压缩率低于6%。这种材料的来源是从采石厂的小块石，通过机械破碎和筛选的方法获取，它的颗粒形态好，级别匹配也很稳固，在施工过程中能够增强材料的粘接能力。

（1）机制砂的颗粒级配优良，化学组分与母材、碎石并无过大差别，对混凝土不存在负面影响，是配制高性能混凝土的重要材料。因其适用性较强，颗粒级配与细度模数都可进行适当调整，满足工程对混凝土提出的质量要求。

（2）由于其独特的多边形特征，机制砂的表面粗糙度很高，因此它们非常适用于和含有粘结剂的建筑物，从而确保了建筑物的高强度。

（3）通过将机制砂技术与碎石加工技术相结合，不仅可以更好地实现矿产资源的最优化配置，而且可以更加有效地抑制环境污染，从而极大地改善机制砂的经济价值。然而，由于其具备较多的棱角，这种砂的粘合力会受到一定程度的影响，从而影响其使用寿命。

3.机制砂配制法标优质混凝土

本项目为法标项目,法标主要运用绝对体积法，法国水泥混凝土集料级配组成设计, 是将砂子与碎石组合进行级配设计, 并用图解的方法确定各种成分掺配比例确定方法。

3.1 前期准备

（1）为了确保项目的顺利实现，我们首先需要彻底处理机制砂，并将其中的泥沙物质排出。我们将从母岩的根部开始，在碎石机喂料口处提前设置一道筛网将土筛除。

（2）为了达到工程所要求的高强度标准，我们必须提高混凝土的密实度。这可以通过增加颗粒的粘结力来实现，尽量消除混凝土中的空隙，并提高材料的均匀性。

（3）通过合理控制0.08mm通过率，可以显著改善混凝土的整体性能，而机制砂中的0.08mm含量也是必不可少的，因此，在使用时必须严格控制，以确保质量。

（4）通过正确选择添加剂，我们能够有效地提高产品的强度、耐久度。

3.2 原料设计

（1）水泥

为了获得最佳的硬化效果，选择优质硅酸盐水泥(CPA-CEMI42.5N)是必不可少的，但是在配制过程中，还需要加入一定数量的石膏，以确保水泥的硬化速度达到最佳状态。详情请参见表1。

表1  水泥配比

（2）粗骨料

在选择粗骨料时，我们需要注意它的抗压能力。在这里，我们将1.5倍的混凝土设计强度作为参考，因此粗骨料的洛杉矶磨耗值不能高于28%，同时要求它的含泥量不能高于1%，并且要求它的针片状物质的比例不能高于15%。

（3）细骨料

通过精心设计的工艺，细骨料可以通过使用Ⅱ区机制砂来获得，其压碎值应低于25%。

（4）其他

为了获得最佳的结构，我们必须合理添加0.8%~1.2%的有效降低水含量的添加剂。然而，由于当前的地质条件，我们发现，当前的活性磨细材料，如粉煤灰，的供应量远远低于预期，所以我们没有采取这种措施。

4.花岗岩机制砂在法标优质混凝土中的应用优势

4.1提高建筑材料的质量和性能

传统的混凝土材料容易受到环境的影响，容易出现龟裂、开裂等问题，而花岗岩机制砂在混凝土中具有高强度、高耐久性和耐腐蚀性等优点，可以有效地提高建筑材料的质量和性能，延长建筑物的使用寿命。从项目第一个结构物首件开始，在同一条件下制作2组圆柱体试件和2组立方体试件进行强度对比，从而获得大量真实可靠的数据。

表2 不同试块抗压强度统计表

经过大量的圆柱体和立方体混凝土试块抗压强度的对比，得出以下结论：立方体抗压强度是圆柱体抗压强度的1.25倍。

  4.2促进建筑节能和环保

花岗岩机制砂混凝土具有良好的保温性能和隔热性能，可以有效地降低建筑物的能耗，减少对环境的污染。此外，花岗岩机制砂混凝土的生产过程中不需要大量的水和砂石等资源，可以有效地节约资源，减少对环境的破坏。

  4.3促进建筑工程的发展和进步

花岗岩机制砂混凝土具有高强度、高耐久性和耐腐蚀性等优点，可以用于建造高层建筑、大型桥梁和隧道等工程，提高工程的安全性和可靠性，促进建筑工程的发展和进步。

通过抽取100名项目施工人员调查发现，90%以上的施工人员认为法标优质混凝土中应用花岗岩机制砂（如图1所示），有利于项目工程的建设。

图1：花岗岩机制砂在法标优质混凝土中的应用调查统计

5.花岗岩机制砂在法标优质混凝土中应用问题

5.1机制砂问题

在分析机制砂应用中存在的问题之前，首先介绍一下机制砂的特点，以便理解其存在问题的原因。结合机制砂生产工艺将其问题归结为三个方面：一是机制砂由母岩经机械破碎而成，不像天然河砂一样经长期冲刷和摩擦，因而颗粒会带有更多棱角，圆润度不足，这会增加颗粒间的摩擦力；二是机制砂在破碎过程中，会带入大量石粉，石粉含量过高会增加混凝土需水量，此外，母岩中可能会含有其他杂质，如云母、黏土或者一些风化颗粒，这些物质会加剧材料的吸水性；三是破碎过程中，破碎颗粒的大小影响到机制砂的级配，由于机制砂不能像碎石一样筛分成几档，如果机制砂的级配不合理往往会对混凝土的和易性造成严重影响，机制砂通常存在2.36mm以上颗粒较多，2.36mm以下的细颗粒偏少的情况，使混凝土的整体包裹性很差，不容易施工。

5.2机制砂级配问题

不论是粗骨料或细骨料，都不是相同粒径的颗粒，而是由很多大小不一的颗粒组成，骨料之所以能够均匀的分布在混凝土中，并具备一定的可塑性，就是靠颗粒间从小到大一级一级推动的，而骨料大小不一的粒径形成了骨料级配，经长期的实践，对不同粒径颗粒所占的比例给出了参考范围，来指导骨料级配的选择。骨料级配如果选择不当会给混凝土的工作性带来严重的劣化；如果在设计配合比时，发现使用过多5～10mm碎石的时候会使混凝土整体包裹性很差，主要是由于5～10mm碎石比表面积远大于10mm以上的碎石，若要使颗粒间能够彼此滑动，需要更多的砂浆来包裹润滑，当砂浆体积一定时，骨料的颗粒越小，混凝土的包裹性就越差。

5.3 机制砂粒型问题

由于机制砂的粒型不如天然河砂圆润，导致大部分人认为使用机制砂会增加混凝土内部颗粒间的摩擦力及输送时的阻力。本文通过理论和实例对此进行分析。

混凝土之所以具有可塑性或者流动性，主要是因为处于流动状态的水泥浆包裹着骨料，使骨料颗粒之间能够相互滑动，当粗骨料中的细长及扁平颗粒过多时，混凝土在流动的过程中相互间的碰撞次数增加，会导致机械咬合力和摩擦力增加，表现出混凝土工作性差。但是细骨料的颗粒较小，如果有足够的水泥浆将其包裹，流动过程中颗粒间很难相互接触，即使它棱角分明，水泥浆仍然能够将它们分散开来，因此机制砂粒型特点不足以影响混凝土内部摩擦力。

6.花岗岩机制砂混凝土施工过程中质量的控制要点

6.1搅拌时间的控制

由于花岗岩机制砂的表面具有明显的不平整度和复杂的颗粒结构，因此，为了保证水泥的品质，水泥的搅拌时间必须相对于天然砂水泥要求更为漫长，一般来说，最好是延长30s。此外，由于水泥的运输路途较远，而且会承受一定的压力，因此，要为保障水泥的品质，一旦水泥到达混凝土浇筑位置，就需要加快旋转罐车的速度。

6.2拌合物性能控制

由于花岗岩机制砂混凝土的水分蒸发比天然砂的水分蒸发速率高，特别是在恶劣的气候条件下，其蒸发率会显著增高。为此，当混凝土无法符合实际施工的要求时，应当采取措施，比例调整，使其符合预期的性能，而且必须避免将水灰比调整至超过规定的范围，否则将会对建筑工程的整体质量和美观性产生负面的作用。

6.3外观质量控制

为了解决这个问题，我们需要采取措施来提高花岗岩的效果。首先，我们需要严格控制机制砂的质量，并且通过调节其中的化学组合来降低它的含水率。此外，我们也需要注意使用合理的消泡剂，这样才能有效地降低混凝土的气孔率，从而提高其外观和性能。最重要的是，我们需要注意保持良好的成品养护，防止出现开裂现象。

7.花岗岩机制砂在法标优质混凝土中的应用前景

在我们的国家，金属矿物和非金属矿物的储存量很多，但是在开采和处理的过程中，会产生20%的废弃物。其中，很多废弃物没能被妥善处置，导致了大面积的排放，破坏了周围的自然资源，并且给环境造成了严重的污染。然而，通过恰当的分类处置，这些废弃物也能被转化为机制砂。多年来，随着技术的不断改善，机制砂的应用越来越普遍，尤其是在中低标号的混凝土领域。为了更好地实现这些目的，我们需要加强对机制砂的研究，以及将其与法规规定的优质混凝土相结合，以此来降低对自然砂的消耗，同时也有助于维护我们的生态平衡，实现可持续的社会发展。要使机制砂成功地被普遍使用于法规质量良好的混合料，我们必须严格控制和完善机制砂生产，增强生产者的质量观念；深入开展生产技术和生产设备的改造，使其达到自动控制的水平；深入探索机制砂如何改善混合料的性质，并且要定期检查和评估，确保其质量符合规范要求。

首先，随着市场竞争的加剧，优质混凝土对机制砂的需求会逐渐扩大。特别是在公路、桥梁等大型基础建设领域，优质混凝土的应用将会越来越广泛，这也将促进机制砂的生产和应用。

其次，未来随着优质混凝土技术的不断更新，以及机制砂在法标优质混凝土添加剂和优质混凝土中的应用研究，机制砂在法标优质混凝土中的应用前景也会变得越来越广泛和深入。

8.结论

综上所述，花岗岩机制砂作为一种新型的高性能砂料，其颗粒形状、表面状态、机理性能以及质量稳定性等方面的优点，为其在法标优质混凝土中的应用打下了良好的技术基础。从上述研究中发现，机制砂在法标优质混凝土中的应用，能够显著提高商品混凝土的力学性能、耐久性、工作性以及经济性。因此，机制砂在法标优质混凝土中的应用前景广阔，未来也须持续加大研究力度，以推动优质混凝土行业的发展。

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