所属栏目：自动化论文发表 发布时间：2011-02-25浏览量:191
摘 要：随着经济建设的发展，天然砂可利用数量已经远不能满足工程建设的需要，在水利工程中大量使用机制砂配制混凝土已成为必然趋势。本文通过在穿黄河工程滩地埋管水工泵送混凝土中的机制砂应用情况，对砂资源的现状、机制砂的技术性能、应用可行性等若干问题进行了探讨，对机制砂在水工泵送混凝土施工中的实际应用做了介绍。
关键词：机制砂 水利工程泵送混凝土
一、目前天然砂资源的现状
我国2006年混凝土总产量达21亿m3，仅混凝土中砂的用量达15亿t。2009年中国仅商品混凝土产量就达7.9亿立方米。天然砂是一种地方性资源，分布很不均匀，短时间内不可再生，也不适宜长距离运输。目前，不少地区的天然砂资源已近枯竭，还有很多地方已经开始禁采或限采天然砂，供需矛盾日益突出。随着混凝土技术的发展，现代混凝土对砂的技术要求越来越高，特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严，且近年来挖取的河砂越来越细，优质河砂资源正逐步减少，难以满足工程需要，用于工程后也会影响混凝土产品质量。
二、机制砂的主要工程特点
机制砂是岩石经除土开采、机械破碎、筛分制成的，粒径在4.75 mm以下的岩石颗粒。基本为中粗砂、可调,含有一定量的石粉，除150微米的筛余有所增加外，其余筛余均能满足标准天然砂1区、2区要求，粒型多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐。与条件相同天然砂相比，在配比设计、其它材料、成型养护条件都相同的情况下，用机制砂配置出混凝土的特点是：塌落度减小,混凝土28天标准强度提高;如保持塌落度不变，则需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比变大后，一般情况下，混凝土实测强度并不降低。按天然砂的规律进行混凝土配比设计，机制砂的需水量大，和易性稍差，易产生泌水，特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显;而如果根据机制砂的特点进行混凝土配比设计，通过合理利用机制砂中的石粉、调整机制砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。有研究和工程实践表明，正确使用机制砂的混凝土密实度大、抗渗、抗冻性能好,其物理力学性能和长期耐久性均能达到设计使用要求。机制砂特别适合于配制高强度等级混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
国内外使用机制砂也有几十年的历史，将机制砂纳入其国家标准的时间至少30年以上。目前,我国大型的水利工程——长江三峡工程、黄河小浪底工程均使用过机制砂配制混凝土。在已有的工程实践中，机制砂配制出了从C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400米;配制出跨度达64米的预应力混凝土梁。大量的工程实践证明使用机制砂在经济上是合理的，技术上是成熟的。机制砂可以广泛应用在混凝土、砂浆等制品中
三、机制砂在山东南水北调工程水工泵送混凝土中的应用
南水北调东线穿黄河南区滩地埋管工程位于山东省东平和东阿两县境内、黄河下游中段，主要工程内容为现浇混凝土埋管，混凝土15.1万方，砂用量为6.29万方，需砂量较大。本地区天然砂资源短缺，工程所在地东平县境内天然砂全面禁采，现有存砂含泥量大，且多为细砂，不能满足穿黄河工程需要。东平县境内现使用的中砂均来自肥城、宁阳两地，运至工地，过磅价格约为100元/立方左右，且天然砂每批次质量不同，质量没有保证，用砂高峰时还无砂可用,影响工程建设的顺利进展。经过多方论证，借鉴济南、淄博两地建筑砼市场采用机制砂的使用经验，经科学考察论证，其滩地埋管混凝土使用机制砂。
1、本工程所用设备为上海建冶机械厂生产的湿法机制砂机械。
经山东省水利工程试验中心检测，其主要技术指标如下。
2、水泥采用山东平阴生产的#p#副标题#e#山水P.O42.5水泥，由山东省水利工程试验中心其物理性能如下：
3、所用碎石的技术指标(本地石灰岩水泥)(20-40mm碎石)
项目 含泥量% 泥块含量% 表观密度kg/m3 堆积密度 压碎指标% 针片状颗粒含量
4、外加剂：外加剂为山东水务的HPC-GYJ型外加剂。
5、粉煤灰为泰安市石横电厂生产的粉煤灰。
6、配合比的取用
工程所用混凝土为C25F150W8型水工混凝土，本混凝土配合比采取利用低热或中热水泥、改善骨料级配、降低水灰比、掺加粉煤灰或高效减水剂等措施来减少水泥用量，降低水化热，该配比由南京水利科学研究院实验提供。
7、现场施工的实际取用参数
现场根据施工现场条件，施工时根据材料变化调整。本文所指泵送混凝土为本施工段汽车泵送混凝土。
(1)泵送混凝土的塌落度
对于混凝土可泵性的评定一般是指在泵送压力下，混凝土拌合物在管道中的通过能力。可泵性好的混凝土应该是流动阻力小，且有足够的粘聚性，保证在泵送过程中不泌水，不离析。本施工现场使用汽车泵，泵送距离42米，考虑到施工运输损耗等各种不利因素的影响,坍落度的损失较大,还有输送距离、骨料级配差异等因素,施工现场所用坍落度按170 mm控制。
(2) 砂率的使用范围
泵送混凝土的砂率要比一般混凝土砂率要提高2%-5%，机制砂泵送混凝土如砂率过大,集料的总表面积增大，混合料会显得干稠，流动性减小，如砂率较小，则砂浆量不足，坍落度较大，且会引起混凝土的离析及泌水，因此,合理砂率值应为粘聚性及保水性保持良好,且坍落度值为最大时所对应的砂率值。此外,砂率对强度的影响在一定范围内并不明显，因此,合理的砂率值主要应根据混凝土的坍落度及粘聚性、保水性等特性来确定。经现场材料试验和汽车泵泵送实验，本施工控制在0.42-0.46适合工程施工。
(3)机制砂中的石粉使用
在使用和生产机制砂过程,如何认识和利用石粉显得十分重要。
标准石粉的定义是:加工前经除土处理，加工后形成粒径小于75微米,其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的物质。
有研究表明，合适的石粉含量对混凝土拌和物和易性明显改善，泌水减小且易于振捣密实。这是由于石粉在拌和物中起到了非活性填充料的作用，从而增加了浆体的数量，增大了稳定性，进而改善了混凝土的和易性。当石粉含量增大到21%以上时，由于石粉含量太多，颗粒级配不合理，使混凝土密实性降低，和易性变差;粗颗粒偏少，减弱了骨架作用;非活性石粉不具有水化及胶结作用，在水泥含量不变时，过多的石粉使水泥浆强度降低，因而混凝土强度减小。不同岩性的石粉最佳含量虽有差异，但宜控制在17%±2%。
有适量石粉的存在,弥补了机制砂配制混凝土和易性差的缺陷。同时,它的掺入对完善混凝土特细骨料的级配,天然砂由于其生产工艺的限制,其特细级配部分是不完善的，这对提高混凝土密实性都有益处，能起到提高混凝土综合性能的作用。
由于该机械设备为水洗的生产工艺，使用中发现，石粉含量较低时混凝土和易性不足，泌水现象严重，现场发现控制在10-15%比较合理，泵送混凝土的和易性比较好，混凝土泌水少，成品混凝土的试验结果也验证了这点。
五、机制砂成本的分析
本地区天然砂的价格约为90-100元/立方左右，成本比较高，而使用机制砂，其工程成本则降低很多，且工程质量有保证。
由上表得知机制砂每吨生产成本为48.33元，即机制砂每立方为76.84元，天然砂运输到施工现场价格为100元/方，这样机制砂比天然砂每吨降低费用23.16元，其经济性是显著的。
六、结论
1、由于优质天然砂短缺的形势日益严峻,水工混凝土中使用机制砂不仅具有良好的混凝土性#p#副标题#e#能适应性,并且具有很好的经济性,目前机制砂生产执行国家标准，生产受气候季节影响小,原料便于采购，在生产上便于控制，机制砂品质指标相对稳定，利于寻求适用的砂资源。
2、施工现场可根据原材料情况、混凝土要求，合理选用机制砂的技术参数，可以配制出性能良好的泵送混凝土，降低工程成本。本施工实例是机制砂首次在山东南水北调工程水工混凝土中的应用，相同条件或类似情况可以参考使用。