论文部分内容阅读
文章在公路工程工地试验室（乙级母体资质）环境下通过改进的水泥胶砂流动度试验，验证黏土成分对水泥胶砂流动度的影响，并结合高速公路建设项目试验检测及原材料管理经验，提出降低影响的相关处治措施。
粗集料;黏土;含泥量;流动度
U416.216A110332
0 引言
在广西龙靖高速公路的建设过程中，黏土成分主要来源于粗集料。因粗集料的生产采用的是机械滤筛、鄂式破碎机加反击式破碎机这类常规的“一滤两碎”生产线，在阴雨天气中，母岩表面的黏土块黏性较大，使该类型生产线难以过滤干净，容易造成集料含泥量超標。而不合格集料投入生产，所引入的黏土有可能造成水泥胶砂浆体的流动性降低，工程实体可能产生蜂窝麻面，严重的将会影响工程实体质量。
本文将通过改进的水泥胶砂流动度试验，验证黏土成分对水泥胶砂的影响。黏土成分主要来源于水泥混凝土生产所采用的粗集料，设置一组以粗集料含泥量（百分比）为自变量（单一变量）、以水泥胶砂流动度数值结果为因变量的试验组;而因粗集料破碎生产过程会产生石粉，为排除石粉对水泥胶砂流动度的影响，设置一组以石粉替代黏土的对比组。
1 工程概况
1.1 基本情况
广西龙靖高速公路（通往靖西市龙邦口岸）主线K5+000～K33+301，长约28.301 km。全线设置地州、龙邦互通式立交2处，隧道6处，大桥6处，龙邦服务区1处、靖西养护工区1处（与靖西高速管理所合建）。主线按双向四车道高速公路标准建设，设计时速为100 km/h，路基宽度为24.5 m，采用沥青混凝土路面。桥梁与路基同宽，设计荷载等级为公路-Ⅰ级。
1.2 原材料需求及生产情况
C30水泥混凝土总需求量约为22万m3，用于C30水泥混凝土的0～4.75 mm规格细集料总量约为18万t，5～30 mm三档规格粗集料总量约为24万t，所需要的聚羧酸外加剂约为1 200 t。共有3条二级破碎生产线为龙靖高速公路生产供应有关原材料。
在龙靖高速公路建设项目中，由于开挖工艺、开挖部位、场内转运及雨天采集等原因，母岩杂质含量往往偏高，且经过机械筛仍未能有效筛除，最终导致集料成品含泥量超出《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011中的规定：用于C30以下的水泥混凝土粗集料含泥量≤1.5%;C30～C60情况下宜≤1.0%;C60标号以上的则≤0.5%。
2 试验方案
2.1 试验准备
试验设备：截锥圆模、玻璃板、水泥胶砂搅拌机、烘箱、1%天平及其他试验附属配件。
原材料：华润牌PO 42.5普通硅酸盐水泥、在粗集料中提取的经研磨过筛的黏土干粉末、在机制砂中提取的石粉（过0.075 mm方孔筛，取筛余部分）、YZ-1型聚羧酸减水剂及拌合站搅拌用水。
2.2 试验流程
试验流程采用国家标准GB/T2419-2005水泥胶砂流动度测定方法，但为达到试验目的，需要对标准进行适当调整，相关调整事项如下：
（1）试验组中粗集料所含的黏土成分，取自阴雨天气时集料生产线机械筛未能筛除的附着于母岩上的黏土块。黏土块需要经过烘箱干燥、研磨并经过0.075 mm方孔筛过滤，取筛余部分。
（2）为排除粗集料生产过程所产生的石粉的影响，设置一组对比组，采用石粉替代黏土粉末，掺入量与黏土粉末一致。石粉采集于机制砂中，经过烘箱干燥及0.075 mm方孔筛过滤，并取筛余部分。
（3）在本试验中，因混合料中需要掺入本项目专用配方的YZ-1型聚羧酸减水剂，试验浆体有足够流动性，故取消试验标准中规定采用的电动跳桌。
（4）PO 42.5水泥的标准稠度用水量需要通过额外标准试验测定，按照外加剂检定的减水率根据掺入量计算，对用水量进行相应扣除（该试验在本文中不展开赘述）。
（5）设定粗集料含泥量（对比组为石粉掺入量）为自变量，水泥胶砂流动度值为因变量。
试验主要控制点如下：
（1）本试验根据项目内通用的普通C30水泥混凝土配合比进行计算，配合比为水泥（kg）：水（kg）：细集料（kg）：粗集料（kg）：外加剂（kg）=360：162：816：1 082：5.4。需要注意的是，生产中配合比各成分的投入量是固定的，即粗集料中黏土成分增加，粗集料自身重量是减少的，其总值为1 082 kg。
（2）该试验设计为6组，黏土掺入量分别按0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%逐级递增，换算结果如表1所示。
（3）为了增加拌合料的均匀性，拌合料按照水泥500 g用量进行配置。
（4）黏土粉末提前与水泥进行搅拌，最后加入水与外加剂的混合物，以模拟混凝土搅拌站生产流程。
（5）测定水泥胶砂流动度值，并与粗集料含泥量一并绘制曲线图。
2.3 试验结果
通过改进的水泥胶砂流动度试验，经掺入粗集料生产线母岩周边所抽取的黏土，验证粗集料所附带的黏土成分对胶砂流动度的影响，其结果如表2和图1所示。
根据图1可以看出：
（1）试验组中随着粗集料含泥量的增加，直接导致水泥胶砂流动度快速降低，水泥胶砂流动度与黏土成分含量关系为负相关。
（2）对比组中随着石粉含量的增加，直接导致了水泥胶砂流动度的降低，但降低的变化量明显小于试验组试验结果，水泥胶砂流动度与石粉成分含量关系也为负相关。
（3）试验组及对比组试验结果变化趋势方向相同，对比组变化率明显小于试验组。因此，对于对比组排除石粉成分影响的设定可行，该试验结果有效。 3 处治措施建议
为保证工程质量指标满足规范要求，确保工程实体质量，需要解决生产过程中引入的黏土成分，以下为处治措施建议：
（1）生产者应高度重视石场母岩开采的选择，采石场爆破后，可观察到母岩表观是否干凈无杂质，对岩石杂质夹层较为明显的岩体部位，应当予以摒弃。
（2）因黏土成分在潮湿状态下具有较强粘附力，二级破碎生产线的预筛较难对其进行筛除，项目管理者应严格禁止阴雨天气开展备料工作。
（3）施工单位应结合已制定的施工组织计划，对生产相关负责人进行技术交底，提供及时、准确的进度信息，确保开采备料工作能有效避开施工高峰期，有利于生产质量的控制。
（4）试验检测人员在拌合站储料仓对集料进行抽检前，应该安排装载机对舱内集料进行翻转搅拌，使其颗粒成分均匀分布，确保抽检试验结果真实可靠。
（5）在拌合站内，应严格控制装载机料斗装载起点线处于清仓线以上，定期安排专职管理人员对装载机操作员进行考核。出现不合规操作的行为要及时发现并纠正，避免将清仓线以下的黏土粉末送入搅拌机。料仓清空后应及时清理清仓线以下的粉末废料。
（6）加强现场管控，到场的混凝土如工作性能指标不满足施工要求的，应禁止使用，拌合站重新调整出料后再进行浇筑。禁止任何在施工现场自行添加其他物质来调整混凝土工作性能的行为。
4 结语
本文试验结果表明：黏土成分对水泥胶砂流动度的影响是负相关的。在生产过程中，良好的工程实体质量需要具备工作性能良好的水泥浆体，生产者应从生产的各个环节进行严格管控，不断提高管理水平，不断提高管理者的责任担当。不仅要实现生产全过程的标准化，也要实现生产全过程的精细化。
[1]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].
[2]JTG E42-2005，公路工程集料试验规程[S].
[3]JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].
[4]GB/T8077-2012，混凝土外加剂均质性试验方法[S].
[5]GB/T2419-2005，水泥胶砂流动度测定方法[S].
[6]GB/T1346-2011，水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法[S].
[7]蒋正武，梅世龙，康厚荣.贵州机制砂高性能混凝土工程应用[M].北京：人民交通出版社，2015.
粗集料;黏土;含泥量;流动度
U416.216A110332
0 引言
在广西龙靖高速公路的建设过程中，黏土成分主要来源于粗集料。因粗集料的生产采用的是机械滤筛、鄂式破碎机加反击式破碎机这类常规的“一滤两碎”生产线，在阴雨天气中，母岩表面的黏土块黏性较大，使该类型生产线难以过滤干净，容易造成集料含泥量超標。而不合格集料投入生产，所引入的黏土有可能造成水泥胶砂浆体的流动性降低，工程实体可能产生蜂窝麻面，严重的将会影响工程实体质量。
本文将通过改进的水泥胶砂流动度试验，验证黏土成分对水泥胶砂的影响。黏土成分主要来源于水泥混凝土生产所采用的粗集料，设置一组以粗集料含泥量（百分比）为自变量（单一变量）、以水泥胶砂流动度数值结果为因变量的试验组;而因粗集料破碎生产过程会产生石粉，为排除石粉对水泥胶砂流动度的影响，设置一组以石粉替代黏土的对比组。
1 工程概况
1.1 基本情况
广西龙靖高速公路（通往靖西市龙邦口岸）主线K5+000～K33+301，长约28.301 km。全线设置地州、龙邦互通式立交2处，隧道6处，大桥6处，龙邦服务区1处、靖西养护工区1处（与靖西高速管理所合建）。主线按双向四车道高速公路标准建设，设计时速为100 km/h，路基宽度为24.5 m，采用沥青混凝土路面。桥梁与路基同宽，设计荷载等级为公路-Ⅰ级。
1.2 原材料需求及生产情况
C30水泥混凝土总需求量约为22万m3，用于C30水泥混凝土的0～4.75 mm规格细集料总量约为18万t，5～30 mm三档规格粗集料总量约为24万t，所需要的聚羧酸外加剂约为1 200 t。共有3条二级破碎生产线为龙靖高速公路生产供应有关原材料。
在龙靖高速公路建设项目中，由于开挖工艺、开挖部位、场内转运及雨天采集等原因，母岩杂质含量往往偏高，且经过机械筛仍未能有效筛除，最终导致集料成品含泥量超出《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011中的规定：用于C30以下的水泥混凝土粗集料含泥量≤1.5%;C30～C60情况下宜≤1.0%;C60标号以上的则≤0.5%。
2 试验方案
2.1 试验准备
试验设备：截锥圆模、玻璃板、水泥胶砂搅拌机、烘箱、1%天平及其他试验附属配件。
原材料：华润牌PO 42.5普通硅酸盐水泥、在粗集料中提取的经研磨过筛的黏土干粉末、在机制砂中提取的石粉（过0.075 mm方孔筛，取筛余部分）、YZ-1型聚羧酸减水剂及拌合站搅拌用水。
2.2 试验流程
试验流程采用国家标准GB/T2419-2005水泥胶砂流动度测定方法，但为达到试验目的，需要对标准进行适当调整，相关调整事项如下：
（1）试验组中粗集料所含的黏土成分，取自阴雨天气时集料生产线机械筛未能筛除的附着于母岩上的黏土块。黏土块需要经过烘箱干燥、研磨并经过0.075 mm方孔筛过滤，取筛余部分。
（2）为排除粗集料生产过程所产生的石粉的影响，设置一组对比组，采用石粉替代黏土粉末，掺入量与黏土粉末一致。石粉采集于机制砂中，经过烘箱干燥及0.075 mm方孔筛过滤，并取筛余部分。
（3）在本试验中，因混合料中需要掺入本项目专用配方的YZ-1型聚羧酸减水剂，试验浆体有足够流动性，故取消试验标准中规定采用的电动跳桌。
（4）PO 42.5水泥的标准稠度用水量需要通过额外标准试验测定，按照外加剂检定的减水率根据掺入量计算，对用水量进行相应扣除（该试验在本文中不展开赘述）。
（5）设定粗集料含泥量（对比组为石粉掺入量）为自变量，水泥胶砂流动度值为因变量。
试验主要控制点如下：
（1）本试验根据项目内通用的普通C30水泥混凝土配合比进行计算，配合比为水泥（kg）：水（kg）：细集料（kg）：粗集料（kg）：外加剂（kg）=360：162：816：1 082：5.4。需要注意的是，生产中配合比各成分的投入量是固定的，即粗集料中黏土成分增加，粗集料自身重量是减少的，其总值为1 082 kg。
（2）该试验设计为6组，黏土掺入量分别按0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%逐级递增，换算结果如表1所示。
（3）为了增加拌合料的均匀性，拌合料按照水泥500 g用量进行配置。
（4）黏土粉末提前与水泥进行搅拌，最后加入水与外加剂的混合物，以模拟混凝土搅拌站生产流程。
（5）测定水泥胶砂流动度值，并与粗集料含泥量一并绘制曲线图。
2.3 试验结果
通过改进的水泥胶砂流动度试验，经掺入粗集料生产线母岩周边所抽取的黏土，验证粗集料所附带的黏土成分对胶砂流动度的影响，其结果如表2和图1所示。
根据图1可以看出：
（1）试验组中随着粗集料含泥量的增加，直接导致水泥胶砂流动度快速降低，水泥胶砂流动度与黏土成分含量关系为负相关。
（2）对比组中随着石粉含量的增加，直接导致了水泥胶砂流动度的降低，但降低的变化量明显小于试验组试验结果，水泥胶砂流动度与石粉成分含量关系也为负相关。
（3）试验组及对比组试验结果变化趋势方向相同，对比组变化率明显小于试验组。因此，对于对比组排除石粉成分影响的设定可行，该试验结果有效。 3 处治措施建议
为保证工程质量指标满足规范要求，确保工程实体质量，需要解决生产过程中引入的黏土成分，以下为处治措施建议：
（1）生产者应高度重视石场母岩开采的选择，采石场爆破后，可观察到母岩表观是否干凈无杂质，对岩石杂质夹层较为明显的岩体部位，应当予以摒弃。
（2）因黏土成分在潮湿状态下具有较强粘附力，二级破碎生产线的预筛较难对其进行筛除，项目管理者应严格禁止阴雨天气开展备料工作。
（3）施工单位应结合已制定的施工组织计划，对生产相关负责人进行技术交底，提供及时、准确的进度信息，确保开采备料工作能有效避开施工高峰期，有利于生产质量的控制。
（4）试验检测人员在拌合站储料仓对集料进行抽检前，应该安排装载机对舱内集料进行翻转搅拌，使其颗粒成分均匀分布，确保抽检试验结果真实可靠。
（5）在拌合站内，应严格控制装载机料斗装载起点线处于清仓线以上，定期安排专职管理人员对装载机操作员进行考核。出现不合规操作的行为要及时发现并纠正，避免将清仓线以下的黏土粉末送入搅拌机。料仓清空后应及时清理清仓线以下的粉末废料。
（6）加强现场管控，到场的混凝土如工作性能指标不满足施工要求的，应禁止使用，拌合站重新调整出料后再进行浇筑。禁止任何在施工现场自行添加其他物质来调整混凝土工作性能的行为。
4 结语
本文试验结果表明：黏土成分对水泥胶砂流动度的影响是负相关的。在生产过程中，良好的工程实体质量需要具备工作性能良好的水泥浆体，生产者应从生产的各个环节进行严格管控，不断提高管理水平，不断提高管理者的责任担当。不仅要实现生产全过程的标准化，也要实现生产全过程的精细化。
[1]JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].
[2]JTG E42-2005，公路工程集料试验规程[S].
[3]JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].
[4]GB/T8077-2012，混凝土外加剂均质性试验方法[S].
[5]GB/T2419-2005，水泥胶砂流动度测定方法[S].
[6]GB/T1346-2011，水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法[S].
[7]蒋正武，梅世龙，康厚荣.贵州机制砂高性能混凝土工程应用[M].北京：人民交通出版社，2015.