浅谈山砂质量指标及水洗山砂工艺

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  摘 要 :现我国进行大规模的三线城市建设,在未投入研究山砂的建设初期,贵州建设用砂由于地区河砂匮乏需从省外运入,建设成本大大提高且建设速度受到严重的制约,根据贵州喀斯特地貌地形特征,自身拥有丰富的天然石材资源,山砂含量极其丰富,各专家组对山砂代替河砂作为混凝土细集料进行全面系统的研究,打破了之前以河砂作为国家工程建设标准的思维定式,如今贵州省山砂应用技术已日趋成熟,随之山砂混凝土的研究与应用也受到国家、地方大力推广,山砂混凝土的应用、推广已给山区建设带来难以估量的社会经济效益,本文通过介绍山砂的质量评定指标,阐述如何合理水洗山砂配置出高性能山砂混凝土。
  关键词: 山砂,山砂混凝土,水洗山砂,质量指标,砂筛,颗粒级配,石粉含量,压碎指标,氯离子含量 ,碱活性检验,含泥量及泥块含量
   中图分类号:TU375 文献标识码:A
  1、工程概况
  遵义医专新蒲校区项目场地位于遵义市新蒲新区339(326国道中坪加油站旁),该校区总用地面积71.15公顷,其中市政用地2.5公顷,校园净用地68.65公顷。总建筑面积512261m2,停车位总计770个(地下停车位540个,地上停车位230个),容积率0.51(不含教工住 宅),容积率0.62(含教工住宅),绿地率39.1%,建筑基底面积82592㎡,建筑密度11.63%(含教工宿舍)。
  山砂的定义
  山砂特指碳酸盐类岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的公称粒径小于5.00mm的岩石颗粒。山砂可以分为两类,自然山砂和机制山砂,自然山砂系风化岩石经开挖和爆破松动而筛分而成的山砂,随着山砂混凝土技术的不断发展,自然山砂已不再用于混凝土中。
  机制山砂即在自然山砂挖掘之后的坚实基层上,或在坚实的岩石上爆破开采,用机械粉碎加以筛分而得。开始筛分为细砂、粗砂、砂头三级,粉末可作粉刷砂浆之用,砂头则为碎石,或再入机打碎作砂,现为贵州地区主要配置山砂混凝土的骨料。
  山砂混凝土的优缺点
  优点:①对于山区取材方便、大大减少运输成本。
  ② 山砂的颗粒多具有棱角,表面粗糙,与水泥粘接较好,用它拌制的混凝土强度较高。
  ③山砂混凝土的轴心抗压、混凝土与钢筋的粘结强度、弹性模量均不比中、粗河砂混凝土低,抗折强度、抗压强度、抗疲劳系数均接近中、粗河砂混凝土,机制山砂混凝土粘土的收缩与徐变总和与中、粗河砂混凝土接近 。
  缺点:①山砂配置的混凝土收缩大于河砂混凝土,山砂中所含粘土越多,混凝土的收缩越大。
  ②山砂混凝土的流动性较差。
  ③山砂含泥量大、需水量大,石粉含量偏高、坍落度快。
  4.山砂各项指标质量要求
  4.1、砂筛规格 砂筛应采用方孔筛,砂的实际颗粒级配与累计筛余百分率相比,除公称粒径5.00mm和630μm的累计筛余外,其余公称粒径的累计筛余可稍有超出分界线,但总超出量不应大于5%。
  
   配置混凝土时宜优先选用Ⅱ区砂,当采用Ⅰ区砂时,应提高砂率,并保持足够的水泥用量,满足混凝土的和易性,当采用特细砂时,应符合相应的规范。
   配置泵送混凝土,宜选用中砂,合理的颗粒级配是使配料获得低气孔率的重要途径。
  4.2山砂石粉含量检验(亚甲蓝法)
  当亚甲蓝值MB<1.4时,则判定为石粉;若MB≥1.4时,则判定为泥粉
  4.2.1当MB<1.4时,石粉含量应符合表下表要求:
   石粉含量限制(%)
  混凝土强度等级 ≤C25 C30-C45 C50-C55
  石粉含量(%) ≤15.0 ≤10.0 ≤7.0
  注:C50-C55山砂混凝土的胶凝材料总量不超过470kg/m3时,可放宽至10.0%。
  4.2.2當MB≥1.4时,石粉含量应符合表下表要求:
   石粉含量限制(%)
  混凝土强度等级 ≤C25 C30-C45
  石粉含量(%) ≤5.0 ≤3.0
  注:C50-C55山砂混凝土的胶凝材料总量不超过470kg/m3时,可放宽至10.0%。4.2.3各地区、各国的石粉含量规范对比表
  贵州省《山砂混凝土技术规定》
  强度等级 <C20 C20-C30 >C30
  石粉含量 <20% <15% <10%
  国标《建筑用砂》
  产品分类 I类 II类 III类
  石粉含量 <20% <15% <10%
   国外石粉含量的限值
  美国 英国 日本 德国(0.063mm以下)
  5%-7% 用于承重混凝土 ≤9%
  一般混凝土≥16% <7% 4%-22%
  当人工砂中石粉含量在0%~30%时,对混凝土的性能影响很小,对中、低等级的混凝土的抗压、抗拉强度无影响。
  4.3山砂压碎指标
   山砂的坚固性用压碎指标表示,人工砂总压碎值指标不得大于30%,当山砂的坚固性采用硫酸钠饱和溶液法检验时,试样经5次循环后的质量损失应符合现行业标准《普通混凝土、石质量及检验方法标准》JGJ52的规定。
  4.4碱活性检验(砂浆棒法)
  对于长期处于潮湿环境 的重要混凝土结构用砂,应采用砂浆棒(快速法)或砂浆长度法进行骨料的碱活性检验。经上述检验判断为有潜在危害时,应控制混凝土中的碱含量不超过3kg/m3,或采取能抑制碱-骨料反映的有效措施。
  4.5含泥量及泥块含量 (标准法和虹吸管法)
  含泥量超过一定限度时,对混凝土的抗压、抗折、抗渗、收缩等性能均有明显的影响,强度愈高影响愈大。泥块含量的影响比含泥量更大。
  对有抗冻、抗渗或其它特殊要求的混凝土用砂,含泥量应不大于3.0%,泥块含量应不大于1.0%;
   对C10和C10以下的混凝土用砂,根据水泥标号,其含泥量、泥块含量可予以放宽.
   天然砂中含泥量
  混凝土强度等级 大于或等于C60 C55~C30 小于或等于C25
  含泥量(按质量计%) ≤2.0 ≤3.0 ≤5.0
   含泥量会严重影响骨料与水泥石的粘结力、降低和易性、增加用水量,影响混凝土的干缩和抗冻性。超过一定限度时,对混凝土的抗压、抗折、抗渗、收缩等性能均有明显的影响,对高强混凝土的影响更大些。泥块含量对混凝土的性能影响更大。
  砂中泥块含量
  混凝土强度等级 大于或等于C60 C55~C30 小于或等于C25
  含泥量(按质量计%) ≤0.5% ≤1.0% ≤2.0%
  
  4.6 砂压碎值指标
  人工砂的总压碎值指标应小于30%,人工砂的压碎值指标是检验其坚固性及耐久性的一项指标,经试验证明,中、低等级混凝土的强度不受压碎指标的影响,人工砂的压碎值指标对高等级混凝土抗冻性无显著影响,但导致耐磨性明显下降,因此将压碎值指标定为30%。
  碎石强度可用岩石的抗压强度和压碎指标值表示。岩石的抗压强度应比所配制的混凝土强度至少高20%。混凝土强度等级在≥C60时,应进行岩石抗压强度检验。
  4.7坚固性指标
   砂、卵石与碎石在自然风化和其他外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力为坚固性,根据混凝土所处环境,用硫酸钠溶液浸泡5次循环后的质量损失计。
  5. 水洗山砂制备高性能山砂混凝土
  5.1.水洗山砂
   山砂的泥粉含量高且泥粉和石粉区分不开,无检测方法标准,统一以0.08mm颗粒含量为准,大于C30等级混凝土0.08mm颗粒含量不大于10%。在高强泵送混凝土施工中往往由于粉末含量高导致强度偏低和混凝土开裂的可能性增大,故机制砂应水洗使小于0.08mm颗粒洗除,水洗后的机制砂满足国标要求。
   在严格控制原材料,严格按照配合比施工的前提下,水洗过后的山砂混凝土可以保证混凝土的和易性、流动性、可泵性、强度、弹模、收缩徐变等力学性能,同时还保证了混凝土不开裂。
  5.2配制原理
  将机制山砂水洗后,在普通混凝土组份的基础上,再掺入减水型泵送剂、粉煤灰等外掺料,在低水灰比条件下,制得和易性好、坍落度损失小、泵送性好、强度高和耐久性高的混凝土。
  5.3使用水洗砂的目的
  用坚硬的碳酸盐岩石经机械破碎,将大于5mm颗粒筛除,小于5mm颗粒进入棒磨洗砂机,洗去小于或等于0.08mm颗粒制得的山砂,其颗粒坚硬、多棱角、和水泥的胶结能力强,配制的混凝土比未经筛洗的山砂混凝土单位用水量小、强度高。与河砂比较,其软弱颗粒含量小,不存在云母、贝壳和有机物等有害物质,且可以调整颗粒级配。按高强混凝土配制法则精选碎石、泵送剂、活性掺合料等材料,优化混凝土配合比设计,按常规施工工艺施工即可获得高强度、高性能混凝土。
  5.4山砂混凝土配置
  5.4.1离析的混凝土包裹不好,将对硬化混凝土性能产生影响。为防止混凝土的离析,骨料的级配必须尽量靠近最佳级配曲线。
  5.4.2水泥应选用质量稳定的硅酸盐水泥,其强度富余系数应大于1.15,水泥的初凝时间应不早于45分钟,终凝时间应不晚于10小时。若水泥刚出厂并带有一定热量,则需存放一至二天,但存放期不宜超过十天,
  5.4.3山砂采用母岩抗压强度大于混凝土设计强度的1.5倍的岩石破碎加工。细度模数为3.0~3.6,压碎指标小于10%,小于0.08mm颗粒含量1~2%,含泥量小于2%,堆积密度1.63,空隙率40%,比重2.7,颗粒级配应在级配区Ⅰ区内。山砂的坚固性试验经硫酸钠溶液浸泡循环5次后总重量损失率应≤8.0%。
  5.4.4粗骨料选用母岩抗压强度大于混凝土设计强度且大于75MPa的质地坚硬、级配良好的碳酸岩碎石,碎石粒径为10~31.5mm,含泥量小于0.5%,针片状颗粒含量不大于5%,碎石的坚固性试验经硫酸钠溶液浸泡循环5次后总重量损失率应≤8.0%。
  5.4.5混凝土的用水量不宜过多,若用水过多会使水泥颗粒过余分散,不易形成砂浆,进而不能包裹粗骨料,也会造成混凝土的离析,使“塞流”不能顺利进行,造成堵管。
  5.4.6粉煤灰的主要成分为活性氧化硅、活性氧化铝等,当有水存在时,它能在常温下与水泥进行水化反应生成新的难溶于的硅酸钙凝胶,吸收水泥中的游离CaO,填充水泥石内部空隙,提高混凝土的密实性、抗渗能力和耐久性,故混凝土尤其是高强混凝土应加入粉煤灰。
  5.4.7泵送剂采用减水型泵送剂,夏天能够缓凝和早强,冬天在缓凝和早强基础上具有保温效果。泵送剂的减水率不宜小于16%,其缓凝时间以满足设计和现场施工要求为准。泵送剂配制的混凝土坍落度损失1h内不大于2cm。
  5.6施工要点
  5.6.1水洗山砂采用母岩强度大于混凝土设计强度的1.5倍的筛分碎石为原材料。
  5.6.2山砂在棒磨水洗过程中,水流量要恰当,既要将≤0.08mm颗粒和粉尘淘洗干净,又要保证水洗山砂的级配连续和细度模量,使其达到标准要求。
  5.6.3水洗山砂过程中,当每批生产小于400m3时,试验人员每批检测一次,大于400m3时,每400m3检测一次。检测砂的细度模数、粉泥含量及压碎指标和坚固性试验。
  结语:
  在山砂拌制的过程中一定要注意水洗山砂、挡风、避阳、覆盖塑料布、喷养护剂、避免水分过快失去,这样能有效防止山砂混凝土的早期开裂,适量的石粉对山砂混凝土也是有利的,但山砂中含泥量高、用水量大、石粉含量偏高影响着山砂混凝土的应用效果,因而水洗山砂制备高性能混凝土工艺成为山砂混凝土质量保证的关键措施,水洗山砂可以有效的洗除山砂中的有害物質,调整山砂颗粒级配,进而配置出高强度、高性能的山砂混凝土,与此同时也昭示着我国运用山砂混凝土技术又向前跨进了一步。
  
  参考文献
  【1】《混凝土质量控制标准》GB50164
  【2】《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002
  【3】《混凝土结构设计规范》GB50010
  【4】《高强混凝土构件质量控制规程》CECS40-92
  【5】《混凝土碱含量限制标准》CECS53
  【6】《普通混凝土配合比设计规程》JGJ58
  【7】《普通混凝土、石质量及检验方法标准》JGJ52
  【8】《山砂混凝土技术规范》DB24/016-2010
  【9】《普通混凝土的长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T 50082
  【10】《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T 193
  【11】《混凝土强度检验评定标准》GB/T 50107
  【12】《建筑工程施工质量验收统一标准》GB 50300
  【13】《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476
  【14】《混凝土外加剂》GB 8076
  【15】《通用硅酸盐水泥》GB175
  【16】《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119
  【17】《混凝土用水标准》JGJ63
  【18】《混凝土强度检验评定标准》GB/T50107
  【19】《骨料几何特征试验中的细粉评估-亚甲蓝试验》EN933-9,1999
  【20】城乡建设厅黔建科标通【2008】607号文
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