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机制砂在混凝土工程中的应用技术指南
Guidelines of Application of Manufactured Sand in Concrete Projects
前 言
我国近年来基础设施建设日新月异,对建筑用砂的需求迅猛增长。作为短时间内不可再生的地材资源,天然砂分布很不均匀,长距离运输给工程建设带来承重负担。目前,不少地区的优质的天然砂资源已近枯竭,由于各种禁采政策也使得建筑用砂供需矛盾日益突出。而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,能满足其要求的天然砂数量越来越少,而社会对节约资源、可持续发展的要求越来越高。生产高质量的机制砂以及配制高质量的人工砂已经势在必行而且日渐紧迫。
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。与天然砂相比,机制砂的颗粒表面粗糙、多棱角,细度模数大,级配不良,最明显是机制砂小于0.075mm的石粉含量高(这种石粉与天然砂中的泥粉有本质区别)。机制砂的上述特性对混凝土拌和物的工作性、终饰性能以及硬化混凝土的强度、体积稳定性和耐久性均会产生影响,因此对其配合比设计、施工和养生等提出了新的要求。
为促进机制砂的推广应用,提高机制砂混凝土的应用水平,本指南规定了机制砂的生产、检验、验收,对《建筑用砂》(GB/T14684-2001)中有关机制砂的颗粒级配和石粉含量限值等技术指标进行的一点的修正,特别强调了机制砂普通混凝土与机制砂高性能混凝土的原材料选择、配合比设计方法,适用于机制砂的生产、质量控制与机制砂混凝土的配制、施工。
本指南还对采用机制砂制备人工砂的技术要求进行了适当的阐述。
本指南将在工程应用过程中逐步完善。
目 录
1 总 则1
2 术 语1
3 机制砂的生产、检验与验收2
4 机制砂的质量标准3
4.1 分级与规格3
4.2 质量标准3
5 机制砂的试验方法5
6 机制砂普通混凝土配合比设计6
6.1 原材料6
6.2 配合比设计7
7 机制砂高性能混凝土配合比设计8
7.1原材料8
7.2 混凝土配合比11
8 机制砂混凝土的施工14
9 机制砂混凝土的验收15
1 总 则
1.1 遵照国家标准《建筑用砂》GB/T 14684-2001的规定,为正确使用机制砂、合理采用机制砂配制人工砂,保证机制砂混凝土和人工砂混凝土的质量,特制定本指南。
1.2 本指南适用于机制砂和人工砂预拌混凝土、现场搅拌混凝土及混凝土制品。
1.3 机制砂、人工砂的质量标准及检验方法,以及按本指南配制混凝土和生产混凝土制品时,除应符合本指南外,尚应符合国家和行业现行有关标准、规范中强制性条文的规定。
2 术 语
2.1 人工砂
经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂: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,但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。
混合砂:由机制砂和天然砂、机制砂与工业废弃物等混合制成的砂。
2.2 泥块含量
机制砂中原粒径大于1.18 mm,经水浸洗、手捏后变成小于600μm的颗粒的含量。
2.3 石粉含量
机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量。
2.4 亚甲蓝MB值
用于判定机制砂中粒径小于75μm颗粒主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉的技术指标。
2.5 轻物质
表观密度小于2000 kg/m3的物质。
2.6 压碎指标
用于检验机制砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力及控制其颗粒形状的技术指标。
2.7 碱集料反应
指水泥、外加剂等混凝土组成物及环境中的碱与集料中碱活性矿物在潮湿环境下缓慢发生并导致混凝土破坏的膨胀反应。
2.8 胶凝材料
用于配制混凝土的水泥与粉煤灰、磨细矿渣、沸石粉和硅灰等矿物掺合料的总称。矿物掺合料在混凝土配比中的用量,通常以其占胶凝材料总量的百分比(重量比)表示。
2.9 粉体材料
机制砂混凝土中胶凝材料与石粉的总称。
2.10 工业固体废弃物
以固态赋存的工业副产品,用于配制人工砂的工业固体废弃物必须具有良好的物理化学稳定性。
2.11 水胶比
混凝土配制时的用水量与胶凝材料总量之比。在高性能混凝土的配合比中,常以胶凝材料用量的概念取代传统的水泥用量,并以水胶比取代传统的水灰比,作为判断混凝土密实性或耐久性的一个宏观指标。
2.12 水粉比
机制砂混凝土中水与胶凝材料和石粉质量之和的比值。
2.13 机制砂混凝土
以机制砂为全部细骨料配制的混凝土。
2.15 高性能混凝土
采用常规材料和常规工艺制造,具有混凝土结构所要求的各项力学性能,且具有耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。这种混凝土在配合比上特点是掺加合格的矿物掺合料和高效减水剂,采用较低的水胶比和较少的水泥用量,并在制作上通过严格的质量控制,使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。的强度等级C50~C80水泥基混凝土。
3 机制砂的生产、检验与验收
3.1 机制砂的生产应符合下列规定:
1)新建砂场应做好矿山资源的勘察工作,经现场取样,岩石的抗压强度、岩性和SO3含量分析测试后,确定石料场和制砂场。对于覆盖土层较厚、夹层含泥较多、母岩强度低以及岩石分层成片状等质量差的矿山应避免就地建场。岩石抗压强度、SO3含量和碱活性等必须符合规定。宜使用洁净、质地硬质、无软弱颗粒及无风化石的石灰岩、白云岩、花岗岩、石英岩、辉绿岩和玄武岩等岩石生产机制砂,不宜使用泥岩、页岩、板岩等岩石生产机制砂。
2)石料场确定后,应人工或机械清除表面覆盖土层或软弱风化层,使岩层裸露。
3)岩石开采破碎度要好,以符合制砂机的喂料要求。
4)制砂机安装应离采石场爆破区150m~200m以外,确保开采与制砂生产安全。
5)适用于制砂的破碎设备有:棒磨式、反击式、立式冲击破碎机等,不宜采用单纯的锤式破碎机。
6)制砂中机制砂的石粉含量宜通过水洗、风选或收尘系统进行调整,并根据具体情况选择适宜的洗砂机、收尘器或选粉设备。
7)加工好的机制砂在连续10次(每小时抽样1次)抽样检测,至少有9次的细度模数与10次抽样的细度模数平均值相差不大于0.2。
3.2 机制砂的检验应符合下列规定:
1)机制砂必须按GB/T 14684-2001《建筑用砂》规定的试验方法,进行检验,并向质量管理部门备案。
2)质量检验的项目包括:颗粒级配,泥块含量,石粉含量,有害物质,压碎指标,母岩抗压强度,表观密度、堆积密度、空隙率,碱集料反应活性。
3.3 机制砂的验收应符合下列规定:
1)出厂检验:机制砂出厂时,供需双方在厂内验收产品,生产厂应提供产品质量合格证书,其内容包括:母岩的岩性、母岩抗压强度、砂的级别、规格和生产厂名;批量编号及供货数量;出厂检验结果、日期及执行标准编号;合格证编号及发放日期;检验部门及检验人员签章。
2)进场复检:使用机制砂生产混凝土或制品时,应按机制砂出厂检验同等批量进行进场复检并进行分级评定。复检的项目包括:颗粒级配、细度模数、泥块含量、石粉含量(含亚甲蓝试验)、压碎指标。
3.4 机制砂的运输和贮存应符合下列规定:
机制砂在堆放、装卸和运输过程中,应防止颗粒离析、混入杂物、粉尘飞扬,并应按岩性、级别、规格分别堆放和运输,堆放高度不宜超过5 m。
4 机制砂的质量标准
4.1 分级与规格
4.1.1 分级
机制砂按技术要求分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。
Ⅰ级宜用于强度等级大于等于C65的混凝土;Ⅱ级宜用于强度等级C35~C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土;Ⅲ级宜用于强度等级小于等于C30的混凝土。
4.1.2 规格
机制砂的粗细程度按细度模数分为粗砂、中砂、细砂三种规格,其细度模数分别为:
粗砂:3.7~3.1
中砂:3.0~2.3
细砂:2.2~1.6
4.2 质量标准
机制砂的质量标准应符合本指南第4.2.1条~第4.2.8条的规定。
4.2.1 颗粒级配
机制砂按600μm筛孔的累计筛余量(以质量百分率计,下同)分成三个级配区(见表1),其颗粒级配应处于表1中的任何一个区以内。机制砂的实际颗粒级配与表中所列数字相比,除4.75mm、600μm筛档外,可以略有超出,但超出总量应小于5%。
表1 机制砂的颗粒级配区
级配区
累计筛余(%)
方孔筛
Ⅰ区
Ⅱ区
Ⅲ区
9.50mm
0
0
0
4.75mm
10~0
10~0
10~0
2.36mm
40~5
30~0
15~0
1.18mm
65~35
50~10
25~0
600μm
85~71
70~41
40~16
300μm
95~75
92~65
85~55
150μm
100~85
100~80
100~75
注:1)当采用机制砂的颗粒级配不符合表1的要求时,应采取相应的技术措施,经试验证明能确保工程质量的前提下,经监理和指挥部认可后方允许使用。
2)配制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,以满足混凝土的和易性;当采用Ⅲ区砂时宜适当降低砂率。
3)对于泵送混凝土用砂,宜选用中砂。
4.2.2 石粉含量和泥块含量
机制砂中的石粉含量和泥块含量应符合表2的规定。
表2 机制砂中泥块含量和石粉含量限值
项目
指 标
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
MB<1.40 或合格
石粉含量(按质量计,%)
≤5.0
≤7.0 2)
≤10.0 1)
泥块含量(按质量计,%)
≤0.5
≤1.0
≤2.0 3)
MB≥1.40 或不合格
石粉含量(按质量计,%)
≤2.0
≤3.0
≤5.0
泥块含量(按质量计,%)
≤0.5
≤1.0
≤2.0
注:1)石粉含量大于10%但小于等于15%情况下,根据使用部位和用途,经试验证明能确保工程质量的前提下,经监理和指挥部认可后方可使用。
2)石粉含量大于7%但小于等于10%情况下,根据使用部位和用途,经试验证明能确保工程质量的前提下,经监理和指挥部认可后方可使用。
3)对有抗冻、抗渗或其它特殊要求的小于等于C25混凝土用砂,其泥块含量应不大于1.0%。
4.2.3 有害物质
机制砂中不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣、沥青等杂物。机制砂中如含有云母、轻物质、有机物、氯化物、硫化物及硫酸盐等有害物质,应符合表3的规定。
表3 机制砂中的有害物质限值
项 目
指 标
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
云母含量(按质量计,%)
<1.0
<2.0
<2.0
轻物质含量(按质量计,%)
<1.0
<1.0
<1.0
有机物(用比色法试验)
合格
合格
合格
硫化物及硫酸盐含量(以SO3质量计,%)
<0.5
<0.5
<0.5
氯化物(以Clˉ离子质量计,%)
<0.01
<0.02
<0.06
注:1)有抗冻、抗渗要求的混凝土,机制砂中云母含量不应大于1.0%。
2)机制砂中如发现含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时,则要进行专门检验,确认能满足混凝土耐久性要求时,方能采用。
4.2.4 压碎指标
机制砂的压碎指标应符合表4的规定。
表4 机制砂压碎指标
项 目
指 标
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
单级最大压碎指标(%)
<20
<25
<30
4.2.5 岩石抗压强度
机制砂母岩强度首先应由生产单位提供,火成岩不宜小于100MPa,变质岩不宜小于80MPa,水成岩不宜小于60MPa。对配制C60及以上混凝土的机制砂,其母岩抗压强度与混凝土强度等级之比不宜小于1.5。
4.2.6 表观密度、堆积密度、空隙率
机制砂的表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定:表观密度大于2500 kg/m3、松散堆积密度大于1350 kg/m3、空隙率小于47%。
4.2.7 碱集料反应
采用砂浆棒快速法进行碱集料反应活性检验的机制砂砂浆棒试件无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象,且在规定试验龄期的膨胀率应小于0.1%,否则应采取抑制碱—集料反应的技术措施。
4.2.8 磨光值
路面和桥面混凝土所用机制砂,还应检验砂浆磨光值,其值宜大于35,不宜使用抗磨性较差的泥岩、页岩、板岩等水成岩类母岩品种生产机制砂。
5 机制砂的试验检测方法
机制砂的取样、试样数量、试样处理、试验方法应符合GB/T 14684-2001《建筑用砂》的第6章的有关规定。机制砂母岩抗压强度试验应符合GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》的第6章的有关规定。
6 机制砂普通混凝土配合比设计
6.1 原材料
6.1.1 机制砂混凝土所用原材料的技术要求,机制砂应符合本指南第4章规定,水泥、粗骨料、化学外加剂、矿物掺合料、水应符合有关国家和行业现行标准、规范的要求。
6.1.2 机制砂混凝土所用水泥品种和强度等级,应根据混凝土使用环境与设计强度等级要求进行选择。水泥强度等级可按表5规定选择。
表5 机制砂混凝土所用水泥强度等级的选择
混凝土强度等级
≥C65
C60~C35
≤C30
水泥强度等级
52.5
52.5~42.5
32.5
6.1.3 机制砂的级别根据混凝土设计强度等级选择,宜优先选用中粗砂,细度模数在2.5~3.7。由于机制砂加工中易造成颗粒比较集中,在加工过程中应特别注意,不宜使其颗粒太粗。太粗则混凝土浆体太少,易出现蜂窝麻面等外观缺陷,太细则增加需水量,会降低混凝土强度。机制砂不能简单地通过堆积密度或空隙率的大小来判断其级配的好坏,因为机制砂一般级配不良,但由于其中较高的石粉含量,导致其堆积密度增大,空隙率减小。
6.1.4 当采用的机制砂级配不符合本标准4.2.1条技术要求,或配制的混凝土和易性不能满足设计要求时,宜考虑采用机制砂与适宜细度模数的天然砂按一定比例掺配的混合砂,以满足不同要求的混凝土。
6.2.5 机制砂石粉含量限值的控制,应根据本指南第4.2.2条,按混凝土强度等级的高低相应控制为5%、7%、10%。通过试验论证,机制砂中的石粉含量允许按下列规定放宽:配制C35~C60的混凝土混凝土,石粉含量允许放宽到10%;当配制强度等级小于等于C30的高流动性混凝土或采用较高强度等级水泥配制强度等级小于等于C30的混凝土时,石粉含量允许放宽到15%。
6.2.6 机制砂中含有一定数量的石粉含量,宜作为改善中低强度特别是泵送中低强度机制砂混凝土和易性的手段。与天然砂相比,机制砂具有级配较差、细度模数偏大、表面粗糙、颗粒尖锐有棱角等特点,这对混凝土的和易性是不利的,特别是配制强度等级低的或大流动性混凝土时可引起较大泌水率,但机制砂中含有一定数量的石粉能明显改善混凝土的工作性,提高混凝土的强度和耐久性。因此,机制砂中宜保持适宜的石粉含量并进行经常性的测定,石粉含量控制在5%~10%较为适宜。
6.1.7 机制砂混凝土所用化学外加剂,应符合GB/T 8077-2000《混凝土外加剂》的规定。
6.1.8 机制砂混凝土所用矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、矿渣粉等。粉煤灰的技术要求应符合GB1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的规定,矿渣粉的技术要求应符合GB/T 18046-2000《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定。
6.2 配合比设计
6.2.1 机制砂混凝土的配合比设计应根据原材料品质、混凝土设计强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性的要求,通过计算、试配、调整等步骤选定。配制的混凝土拌和物性能应满足施工要求,配制成的混凝土应满足设计强度、耐久性等质量要求。
6.2.2 机制砂混凝土配合比按JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》中混凝土配合比的计算步骤进行计算,水灰比与强度关系式仍遵循天然砂普通混凝土强度计算公式。即:
(1)计算配制强度fcu,0并求出相应的水灰比;
(2)选取每m3混凝土的用水量,计算出每m3混凝土的水泥用量;
(3)选取砂率,计算粗、细骨料的用量,并提供试配的计算配合比。
6.2.3机制砂混凝土的单位用水量,首先按JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》中混凝土配合比设计中的基本参数规定进行初选,再通过试验进行调整。机制砂的级配、粒形、粗糙度与天然砂有明显区别,且含有一定数量的石粉,机制砂混凝土的用水量与这些因素密切相关。在不掺外加剂前提下,达到相同坍落度,机制砂混凝土的需水量一般高于天然砂混凝土,并且石粉含量越高,需水量越大。为了避免由于机制砂混凝土用水量的提高而增加水泥用量,机制砂混凝土的配制宜掺用减水剂,其掺量可近似地按混凝土中粉体材料质量(胶凝材料与石粉质量之和)百分比确定。
6.2.4 机制砂混凝土的工作性对用水量的改变和砂率的变化比较敏感。一旦机制砂级配不良、砂率选择不当、用水量偏高、减水剂选择不当或掺量过高,易造成机制砂混凝土在出机、卸料过程中离析、振后易泌水,在配合比设计和调整时应充分考虑到这一点。
6.2.5 机制砂混凝土的砂率不宜按天然砂混凝土砂率的取值方法直接选取,而应根据机制砂自身细度模数、颗粒级配、石粉含量,并按所选水胶比(同时参考水粉比,即水与胶凝材料和石粉质量之和的比值)及碎石最大粒径通过试验确定。
6.2.6 机制砂混凝土的砂率一般较天然砂混凝土高3%~6%,试验时宜按“五点法”进行砂率优选,即在砂率范围35%~43%范围内每间隔2%选取一个砂率进行混凝土拌和物和易性试验,以混凝土的和易性达到最佳为合理砂率。用于泵送混凝土应相应增加砂率。机制砂细度模数越小、级配越好、石粉含量越大,合理砂率越小。在保证混凝土拌和物粘聚性良好的前提下,应尽可能选取较小的砂率,以保证混凝土的弹性模量和干燥收缩。
6.2.7 机制砂颗粒由于棱角尖锐和表面较粗糙,因而拌制的混凝土和易性较差,特别是在配制中低强度塑性混凝土或大坍落度混凝土时,可引起混凝土的较大泌水率,且对用水量敏感,但机制砂中通常含有适量的石粉可以部分改善混凝土的工作性,机制砂混凝土的工作性也可通过掺加减水剂、引气剂、增粘剂或优质粉煤灰、磨细矿渣等加以改善。
6.2.8与天然砂混凝土相比,机制砂混凝土的配制无需增加水泥用量。特别是配制水灰比较大的中、低强度塑性混凝土或大坍落度混凝土时,机制砂的高石粉含量对改善混凝土的工作性和节约水泥用量非常重要,同时可利用机制砂中的石粉解决高强等级水泥配制低强度等级或大坍落度混凝土时的混凝土强度富余过大与工作性差之间的矛盾。
6.2.9机制砂中的石粉可替代煤灰掺合料使用,其掺量可在胶凝材料质量的10~20%范围通过试验确定,石粉作掺合料对混凝土强度的影响相当于同等掺量II级或I级粉煤灰的作用效果。
6.2.10机制砂配制对抗冻性有较高要求的混凝土时,应充分考虑机制砂品质的影响,并可通过掺入适量引气剂提高机制砂混凝土的抗冻性。
6.2.11 由于机制砂的表观密度一般较天然河砂大,导致机制砂混凝土容重高,因此在采用假定容重法进行配合比设计计算时,机制砂混凝土的假定容重应控制约比相应的天然河砂混凝土高30~40 kg/m3。
7 机制砂高性能混凝土配合比设计
7.1原材料
7.1.1 水泥
(1)配制C50及以上强度等级的高性能混凝土,宜选用强度等级不低于42.5、且质量稳定的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。不宜使用早强水泥。
(2)为改善混凝土的抗裂性能和耐久性,水泥的技术要求除满足国家标准的规定外,还宜满足表6的规定。
表6 水泥的技术要求
项目
技术要求
比表面积
≤400m2/kg
80μm方孔筛筛余
≤10%
游离氧化钙含量
≤1.0%
碱含量(按Na2O当量计)
≤0.6%
熟料中C3A含量
≤8%
氯离子含量
≤0.10%(钢筋混凝土),≤0.06%(预应力混凝土)
7.1.2 矿物掺合料
(1)矿物掺合料应选用品质稳定的产品,其品种宜为优质粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石粉或硅灰等矿物掺合料或复合矿物掺合料。
(2)矿物掺合料的技术要求应满足GB/T18736-2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》的规定,技术要求见表7。
7.1.3 机制砂
(1)机制砂宜选用专门机组生产的质地均匀坚硬、级配合理的中、粗砂,其细度模数宜在2.6~3.1之间;
(2)机制砂宜使用Ⅱ级及以上级别的机制砂,压碎指标不得大于25%,机制砂的石粉含量符合表2的规定,C50~C60混凝土用机制砂石粉含量不高于7.0%,C65及以上等级混凝土用机制砂石粉含量不高于5.0%。
(3)机制砂的泥块含量不得大于1.0%,配制C65及以上等级混凝土时,泥块含量不应大于0.5%;
(4)机制砂的其他质量标准应符合本指南的规定。
表7 高性能混凝土用矿物掺合料技术要求
试验项目
磨细矿渣
粉煤灰
天然沸石
硅灰
化学性能
MgO含量,%,≤
14
/
/
/
/
/
SO3含量,%,≤
4
3
/
/
/
烧失量,%,≤
3
5
8
/
/
6
Cl—含量,%,≤
0.02
0.02
0.02
0.02
SiO2含量,%,≥
/
/
/
85
CaO含量,%,≤
10(对于硫酸盐侵蚀环境)
吸胺值,mmol/100g,≥
/
/
130
100
/
物理性能
比表面积(m2/kg)
350~550
≥600
≥400
≥700
≥500
≥15000
含水率,%,≤
1.0
1.0
/
/
3.0
胶砂性能
需水量比,%,≤
100
95
105
110
115
125
活性指数(3d),%,≥
85
70
55
/
/
/
/
/
活性指数(7d),%,≥
100
85
75
80
75
/
/
/
活性指数(28d),%,≥
115
105
100
90
85
90
85
85
7.1.4 粗骨料
(1)粗骨料应选用质地均匀坚硬、级配合理、粒形良好、线膨胀系数较小的洁净的碎石或碎卵石等碎石骨料。
(2)粗骨料的最大粒径不应大于25mm,配制C80及以上等级的混凝土,粗骨料最大粒径不应大于20mm。
(3)粗骨料宜采用15~25mm和5~15mm两级粗骨料配合,其松散堆积密度应大于1500kg/m3,紧密空隙率宜小于40%,吸水率小于2%(用于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%)。
(4)粗骨料母体岩石抗压强度与所配制的混凝土强度等级之比不应小于2。施工过程中碎石的强度用压碎指标控制,其压碎指标不大于12%。
(5)粗骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法进行检验,试样经5次循环后,其质量损失率应符合:混凝土结构≤8%,预应力混凝土结构≤5%的规定。
(6)粗骨料的针、片状颗粒含量不宜大于8%,不得混入风化颗粒,含泥量不应大于1%,配制C80及以上等级混凝土时,含泥量不应大于0.5%。当泥为非粘土质石粉时,允许含量可适当放宽。
(7)粗骨料的碱活性应首先采用岩相法检验。若粗骨料含有碱-硅酸反应活性矿物,其砂浆棒膨胀率应小于0.10%。否则应采用抑制碱-骨料反应的技术措施。不得使用具有碱-碳酸盐反应活性的骨料。
(8)粗骨料的其他质量指标应符合GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》的规定。
7.1.5 外加剂
(1)高性能混凝土采用的外加剂,应符合GB/T 8076-1997《混凝土外加剂》及GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规程》的规定。所采用的减水剂应为高效减水剂,并应符合表8的技术要求。
(2)配制C50及以上强度等级的高性能混凝土,宜优先选用高减水率、低碱、保坍效果好、低收缩率比的聚羧酸盐高效减水剂,以降低用水量,增加矿物掺合料掺量,改善混凝土的抗裂性与耐久性。聚羧酸盐高效减水剂的减水率宜在25%以上。
(3)选定减水剂品种前,宜与使用的水泥进行化学成分和剂量相容性检验,二者之间应有良好的相容性。
7.1.6 水
混凝土的拌和用水和养护用水,应符合JGJ63-89《混凝土拌和用水标准》的规定。
表8 外加剂的技术要求
项目
指标
备注
水泥净浆流动度,mm
≥240
硫酸钠含量,%
≤10.0
氯离子含量,%
≤0.2
总碱量(Na2O+0.685K2O), %
≤10.0
减水率,%
≥20
坍落度保留值,mm
30min
≥180
用于配制非抗冻混凝土时
60min
≥150
用于配制抗冻混凝土时
常压泌水率比,%
≤20
压力泌水率比,%
≤90
用于配制泵送混凝土时
续表8
含气量,%
≥2.5
用于配制非抗冻混凝土时
≥4.0
用于配制抗冻混凝土时
抗压强度比,%
3d
≥130
7d
≥125
28d
≥120
对钢筋的锈蚀作用
无锈蚀
收缩率比,%
≤135
相对耐久性指标,200次%,
≥80
7.2 混凝土配合比
7.2.1 混凝土的配合比设计应根据原材料品质、混凝土设计强度等级、混凝土耐久性以及施工工艺对工作性的要求,通过计算、试配、调整等步骤选定。配制的混凝土拌和物性能应满足施工要求,配制成的混凝土应满足设计强度、抗裂性、耐久性等质量要求。以下是配制高性能混凝土的一般途径:
(1)在满足工作性情况下尽量降低拌和用水量,为此应外加高效减水剂或有高效减水功能的复合外加剂,这是提高混凝土抗渗透性及耐久性的一条重要措施。
(2)在满足混凝土工作性和强度前提下尽量减少胶凝材料中的硅酸盐水泥用量,这是提高混凝土体积稳定性和抗裂性的一条重要措施。
(3)优化混凝土中集料的级配设计,获取最大堆积密度和最小空隙率,特别重视粗集料的粒形要求,以便尽可能减少胶凝材料浆体的用量,达到降低砂率,减少胶凝材料用量和用水量之目的。
(4)在一定范围内减小水胶比,混凝土强度和体积稳定性提高,但为保证混凝土的抗裂性能,水胶比应适当,不宜过小,过小的水胶比易导致混凝土自收缩增大。
(5)为提高混凝土的耐久性,改善混凝土的施工性能和抗裂性能,矿物掺合料应成为高性能混凝土的必需组分,并须充分发挥矿物掺合料与高效减水剂的“超叠加”效应,从而达到减小水泥用量和用水量、密实混凝土内部结构,使混凝土强度持续稳定地发展,耐久性得以改善的目的,从而使混凝土具有低渗透成为可能。
(6)冻融环境下的高性能混凝土,一般宜采用优质的引气剂或能适量引气的引气型减水剂。
7.2.2高性能混凝土的配制强度必须大于设计要求的强度标准值,以满足强度保证率的要求。超出的数值应根据混凝土强度标准差确定。当缺乏可靠的强度统计数据时,C50和C60混凝土的配制强度应不低于强度等级值的1.15倍;C70和C80混凝土的配制强度应不低于强度等级值的1.12倍。
7.2.3 高性能混凝土的配合比设计参数只能参考有关资料或经验,通过试配确定。高性能混凝土试配时,可以先假定胶凝材料用量,水胶比和砂率,用绝对体积法或容重法计算出砂、石数量。胶凝材料浆体在高性能混凝土中所占的体积以35%为最优,胶凝材料中的各种组分由经验确定。至于拌和物的工作性,则可通过用水量和高效减水剂来调整。改变砂率和矿物掺合料掺量也能影响拌和物的工作性。以下是高强(高性能)混凝土配合比设计参数选取的一般性原则:
(1)高性能混凝土的强度主要通过水胶比以及选取不同品种和掺量的矿物掺合料进行调节。通常C80以上的混凝土以掺有硅粉的复合矿物掺合料为主;C70~C80混凝土以掺磨细矿渣为主;C50~C60混凝土以掺优质粉煤灰为主。
(2)高性能混凝土的水胶比宜采用0.25~0.40,并随强度等级的提高而降低。在降低水胶比的同时,必须限制硅酸盐水泥用量,不足的粉料量用矿物掺合料补充。
(3)配制C50~C60混凝土所用的水泥用量(换算为硅酸盐水泥用量)不宜大于400~450kg/m3,水泥与掺合料的胶材总量不宜大于480~530kg/m3;配制C70~C80混凝土所用水泥用量不宜大于480~500kg/m3,水泥与掺合料的胶材总量不宜大于550~600 kg/m3。
(4) 不同矿物掺合料的掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。混凝土中粉煤灰掺量不宜大于胶凝材料总量的30%,磨细矿渣不宜大于50%,天然沸石粉不宜大于10%,硅粉不宜大于8%。硅粉宜用于配制特殊高性能或高耐磨混凝土,在大体积混凝土中应慎用。硅粉一般应与其它矿物掺合料复合使用,如将大掺量粉煤灰与占胶凝材料总重5%左右的硅粉复合,能明显增强这种混凝土抗氯离子侵入的能力和早期性能。
(5)混凝土中应掺加适量符合本指南要求的混凝土外加剂,优先选用多功能复合外加剂。外加剂的品种与掺量,应通过与水泥的相容性试验选定。外加剂与不同水泥的相容性试验,参照GB8077-2001《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定的净浆流动度试验方法。外加剂的掺量根据坍落度要求而定。为提高拌和物的工作性和减少混凝土坍落度在运输、浇筑过程中的损失,可采用复合缓凝高效减水剂、载体流化剂,或滞水后掺、多次添加等方法。
7.2.4当集料的碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10~0.20%时,混凝土最大的碱含量应小于3.0%的规定;当集料的碱-硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.20~0.30%时,混凝土的最大碱含量应小于2.5%的规定,还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂,并应试验证明抑制有效。
7.2.5钢筋混凝土中氯离子总含量(包括水泥、矿物掺合料、粗集料、细集料、水、外加剂等所含氯离子含量之和)不应超过胶凝材料总量的0.10%,预应力混凝土的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。
7.2.6无抗冻要求的混凝土含气量不应小于2.0%(干硬性混凝土除外)。当混凝土有抗冻要求时,混凝土的含气量应根据抗冻等级的要求经试验确定,含气量一般在4%~6%范围。
7.2.7机制砂高性能混凝土的砂率一般较天然砂高性能混凝土高3%~6%,初选时一般在38%~46%范围内选取。机制砂细度模数越小、级配越好、石粉含量越大,合理砂率越小。在保证混凝土拌和物粘聚性良好的前提下,应尽可能选取较小的砂率,以保证混凝土的弹性模量和干燥收缩。
7.2.8 如果机制砂的石粉含量或细度模数、级配发生变化,应及时进行砂率的调整。原则是,同一配合比用机制砂的细度模数变化范围不宜超过±0.2,石粉含量变化范围不宜超过±2.0%,否则应对配合比中的砂率进行调整。
7.2.9 机制砂混凝土的工作性对用水量的改变和砂率的变化比较敏感。一旦机制砂级配不良、砂率选择不当、用水量偏高、外加剂选择不当或过量,易造成机制砂砂混凝土在出机卸料过程中离析、振后易泌水,在配合比设计和调整时应充分考虑到这一点。
7.2.10 由于机制砂的表观密度一般较天然河砂大,导致机制砂混凝土容重高,因此在采用假定容重法进行配合比设计计算时,机制砂高性能混凝土的假定容重应控制在2500±20kg/m3,约比相应的天然砂高性能混凝土高30~40 kg/m3。
7.2.11机制砂配制预应力混凝土时,应考虑机制砂及所含石粉对混凝土弹性模量、徐变和收缩值的影响。
7.2.12混凝土配合比按下列步骤计算(以干燥状态集料为基准;矿物掺合料和外加剂的掺量均以胶凝材料总量百分率计)、试配和调整:
(1)核对供应商提供的水泥熟料的化学成分和矿物组成、混合材种类和数量等资料,并根据设计要求,初步选定混凝土的水泥、矿物掺合料、集料、外加剂、拌合水的品种以及水胶比、胶凝材料总用量、矿物掺合料和外加剂的掺量。
(2)参照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2002)的规定计算单方混凝土中各原材料组分用量。
(3)采用工程中实际使用的原材料和搅拌方法,通过适当调整混凝土外加剂用量或砂率,调配出坍落度、含气量、泌水率符合要求的混凝土配合比。试拌时,每盘混凝土的最小搅拌量应在25L以上。该配合比作为基准配合比。
(4)改变基准配合比的水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料掺量、外加剂掺量或砂率等参数,调配出拌合物性能与要求值基本接近的配合比3~5个。
(5)按要求对上述不同配合比混凝土制作力学性能和抗裂性能对比试样,养护至规定龄期时进行试验。其中,抗压强度试件每种配合比宜制作4组,标准养护至3d、7d、28d、56d时试压,试件的边长应采用150mm。抗裂性对比试验可参照有关资料规定的圆环法、平板法、温度应力试验机法等方法进行。
(6)从上述配合比中优选出拌合物性能和抗裂性能优良、抗压强度适宜的一个或多个配合比各成型一组或多组耐久性试件,养护至规定龄期时进行试验。
(7)根据上述不同配合比对应混凝土拌合物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果,按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则,从不同配合比中选择一个最适合的配合比作为理论配合比。
(8)采用工程实际使用的原材料拌合混凝土,测定混凝土的表观密度。根据实测拌合物的表观密度,求出校正系数,对理论配合比进行校正(即以理论配合比中每项材料用量乘以校正系数后获得的配合比作为混凝土配合比)。校正系数按下式计算:
校正系数=实测拌合物密度值/理论配合比拌合物密度值
(9)当混凝土的力学性能或耐久性能试验结果不满足设计或施工要求时,则应重新选择水胶比、胶凝材料用量或矿物掺合料用量,并按照上述步骤重新试拌和调整混凝土配合比,直至满足要求为止。
(10)当混凝土原材料、施工环境温度等发生较大变化时,应及时调整混凝土配合比。
8 机制砂混凝土的施工
8.1 机制砂混凝土的施工按JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》、JTJ041-94《公路隧道施工技术规范》、JTG F30-2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》及GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》进行。机制砂混凝土的拌制、运输、浇筑等施工要求均与天然砂混凝土施工相同。
8.2 应采取措施保证机制砂的质量稳定,并加强机制砂的级配、细度模数、石粉含量、MB值的经常性检测。不同来源的机制砂应分别堆放,同一来源的机制砂的细度模数变化范围不应超过±0.3,石粉含量变化范围不应超过±2.0%。否则,应分别堆放,并调整配合比中的砂率后使用。
8.3 机制砂的堆放场地要求清洁硬化,在堆放、转运过程中,应防止泥土混入。同时,应防止机制砂离析,特别是干燥机制砂,其堆高不宜超过5m。
8.4 应加强机制砂混凝土拌和物的搅拌。机制砂含有较多的石粉,在拌制混凝土过程中不易搅拌均匀,故应采用强制式搅拌机搅拌,并较河砂混凝土应适当延长搅拌时间30s~60s,借以改善机制砂混凝土的和易性,提高保水性和粘聚性。
8.5 应加强机制砂混凝土拌和物的质量控制,机制砂混凝土的工作性对用水量和减水剂的改变及砂的细度模数、级配、石粉含量及砂率的变化比较敏感。故应定期校正计量设备,严格控制计量精度,加强机制砂的质量检查,并设待检仓,密切观察出机混凝土的拌和质量,适当加大坍落度、扩展度的检测频率。将坍落度控制在目标值±3cm的范围;当超出此范围时应查明原因并及时调整。
8.6 应有序合理振捣,防止漏振、欠振和过振。特别应注意的是,在振捣作用下,机制砂混凝土比同河砂混凝土易于液化,故机制砂混凝土要比同坍落度条件的河砂混凝土适当缩短振捣时间,避免过振,以克服机制砂混凝土的泌水现象,防止出现蜂窝、麻面及表面形成疏松层。一般振捣成型时间应比河砂混凝土缩短15~30s,以混凝土表面泛浆、气泡不再上升为度。
9.7 应加强早期养生,适当延长养生时间。机制砂混凝土中粉体含量较高,早期收缩较大。因此,应注意早期保湿养护,以防止机制砂混凝土的塑性收缩和干燥收缩裂缝发生。养护时间应比天然砂混凝土适当延长(2d~3d)。防止养护不及时、养护期间浇水不足或缺水引起的干缩开裂,混凝土开裂将影响混凝土的耐久性。
9 机制砂混凝土的验收
9.1 机制砂混凝土质量验收和普通混凝土完全相同,应符合GBJ10-87《混凝土强度检验评定标准》、GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》、JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》、JTJ041-94《公路隧道施工技术规范》或JTG F30-2003《公路水泥混凝土路面施工技术规范》的规定。
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