1、机制砂特性及其在高性能混凝土中应用技术,汇 报 人：蒋正武 博士 工作单位：同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室 电子邮箱：,汇报提纲,混凝土发展 机制砂的生产与质量控制 机制砂特性与技术控制指标 机制砂混凝土特性 机制砂高性能混凝土应用技术 机制砂自密实混凝土 钢管拱自密实混凝土 自密实片石混凝土 机制砂水下抗分散混凝土 机制砂抗扰动混凝土 机制砂超高墩泵送混凝土 机制砂高强高性能混凝土 结语,1 混凝土发展,1 混凝土发展,1 混凝土发展,1 混凝土发展,36km,25.5km,32.5km,苏通大桥 世界最大斜拉桥 跨江8146m 全长32.4 km,1 混凝土发展,大坝,新建10
2、三峡大坝,1 混凝土发展,公路 高速公路新建11000km/y, 既有 10万km 公路总量250万km(2011年),1 混凝土发展,铁路营业里程9.3万km(2011年),1 混凝土发展,1 混凝土发展,1 混凝土发展,混凝土仍是21世纪人类最大宗的建筑材料,混凝土发展 -挑战,混凝土面临 的挑战,混凝土 耐久性,功能化,自然资源 消耗,能源消耗,废弃资源 再生,碳排放,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -定义,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -定义,标准的发展,建筑用砂（GB/T 146842001）,建筑用砂（GB/T 146842011）,公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000
3、 ）,公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011 ）,公路工程 水泥混凝土用机制砂（JT/T 819- 2011 ）,首次在国家层面的规范中 明确了机制砂的标准，但 石粉含量要求严苛；最新有所放松,明确在交通行业内河砂不 易得到时，也可用山砂或 用硬质岩石加工的机制 砂，但未对其提出技术要求,明确提出用于混凝土工程 机制砂的技术要求；,针对机制砂颁布其行业标 准，明确了其定义，分类 与规格，实验方法，检验 规则及标志，运输及储存 适当放宽了石粉含量,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂相关标准,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -国内外不同标准对石粉含量的限定,机制砂的分级与规格；颗
4、粒级配； 含泥量；石粉含量； 有害物质； 压碎指标；坚固性； 吸水率等。什么品质或技术指标是工程所需求的？ 粉与泥？,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂质量标准,机制砂生产工艺及设备,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺及设备,碎石生产工艺流程图,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺及设备,机制砂生产工艺流程图,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺及设备,传统机制生产设备及工艺,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺及设备,传统机制生产设备及工艺,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺及设备,机制砂及粉尘的生产,超粒径碎石
5、破碎机制砂,水洗砂,普通机制砂,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺优化,传统工艺机制砂特点 机制砂颗粒形貌不好，多棱角，针片状颗粒较多，石粉含量不可控制。 机制砂级配不合理，粗颗粒多细颗粒少，呈现“两头大中间小”的态势。 石粉含量不可控，偏高或偏低。,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺优化,设备及工艺优化 制砂设备优化除粉设备优化,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺优化,设备及工艺优化破碎工艺优化,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺及设备,设备及工艺优化 除粉工艺优化,1进料口；2机壳；3平板A；4平板B；5平板C；6透风孔；7出
6、料口；8回风口；9阀门；10法兰；11通风口；12防护板；13管道,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺优化,整体优化后机制砂生产工艺流程,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂的生产工艺优化,1、干法收尘本来收尘是消除机制砂生产过程中扬尘对环境的污染。但通过合理布置收尘点，调整吸尘器的风量、电压，也可部分选出机制砂中的石粉，可控制机制砂中石粉含量为7%-10%。实际生产过程中，应选用收尘效果好的收尘器，并根据机制砂中石粉含量的要求，确定收尘器的工况参数。级机制砂可采用干法收尘工艺，这无疑既可节水又可减少污染。,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,2、水洗
7、除粉（湿法）,实景图,资料图片,螺旋式洗砂机,特点：能耗低、处理能力高、返砂率低；与轮式洗砂机相比耗水量大，中细砂及石粉流失大，所洗机制砂级配差，细度模数不易控制，产品质量波动较大。,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,2、水洗除粉（湿法）,实景图,资料图片,轮式洗砂机,特点：结构简单，具有可调筛网，故障率远低于螺旋洗砂机。与螺旋洗砂机相比，细砂和石粉流失极少，所洗机制砂级配好，细度模数容易控制，产品质量稳定。因此，一般宜选用轮式洗砂机。,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,3、干法除粉,HSZ系列干法制砂分级机,特点：可替代传统的水洗制砂，即可节水
8、又可减少污染，而且还可根据需要灵活调整砂中石粉含量，选粉精度高，成品中颗粒直径控制在90m以上，适用于各级制砂生产。,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,关键控制点-振动给料机,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,关键控制点-振动给料机 根据各料场矿山资源情况，通过调整振动给料机筛条间距 及条形筛长度，达到不同的除泥效果：,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,关键控制点-振动筛筛网尺寸,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,筛孔尺寸,越大,越小,细度模数越小，石粉含量越高，生产量越低,合理筛孔尺寸：3.54.
9、0mm,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,关键控制点-除粉工艺,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,关键控制点-除粉工艺,干法分级机轮式洗砂机螺旋洗砂机,2 机制砂的生产工艺与质量控制 -机制砂生产质量控制技术,普通指标对比特征指标对比粗糙度,高品质机制砂由于粒型较普通机制砂更接近球体，经过颗粒整形工序后其表面粗糙程度降低，棱角更加圆润，使得粗糙度指标低于普通机制砂。,机制砂特性及技术控制指标 -技术指标对比,颗粒形貌(2.361.18mm) 普通机制砂,机制砂特性及技术控制指标 -技术指标对比,颗粒形貌(2.361.18mm) 普通机制砂,机制砂
10、特性及技术控制指标 -技术指标对比,颗粒形貌(1.180.06mm) 高品质机制砂,机制砂特性及技术控制指标 -技术指标对比,机制砂技术指标对比,颗粒形貌(2.361.18mm) 高品质机制砂,机制砂技术指标对比,颗粒形貌(2.361.18mm) 河砂,球体类似度,取样,采集数码影像,处理为平面图形,利用软件逐粒分析,汇总计算结果,机制砂特性及技术控制指标 -技术指标对比,球体类似度计算,机制砂特性及技术控制指标 -技术指标对比,1、含泥量 机制砂含泥量宜小于0.5%。机制砂应采用水洗碎石破碎机制砂工艺制备机制砂，以严格控制机制砂中含泥量。 2、石粉含量 机制砂的石粉含量不应小于5%，宜在10
11、%至15%之间，但不应大于20%。亚甲基蓝测试值不应大于1.0。,机制砂特性及技术控制指标 -技术控制指标,4 机制砂混凝土特性,工作性 颗粒表面粗糙、级配不良、粒形呈尖锐状，易造成混凝土和易性差，易产生离析泌水，但石粉的存在可以改善机制砂混凝土的工作性（尤其是在低标号、大流态混凝土中） ； 通过调整机制砂的砂率、矿物掺和料掺量、外加剂的用量，以及合理利用机制砂中的石粉，可以配制出工作性优良的机制砂混凝土。,长期力学性能,石粉对机制砂混凝土长期强度增长没有影响,4 机制砂混凝土的特性,体积稳定性干缩,1、机制砂颗粒在砂浆中起到骨料作用，限制收缩； 2、机制砂与水泥石有良好界面，减少应力集中；
12、3、当石粉含量较高时，增加收缩、徐变，降低混凝土的弹性模量。,4 机制砂混凝土的特性,体积稳定性徐变,徐变受浆体数量、砂率与强度、界面黏结、砂的变形约束等综合影响； 7d加荷龄期的机制砂砼徐变小于天然砂砼，但28d加荷龄期的机制砂砼徐变大于天然砂砼。,4 机制砂混凝土的特性,耐久性-抗Cl-渗透,随石粉含量的增加，机制砂混凝土抗渗性提高（低标号砼中更加显著）！,4 机制砂混凝土的特性,5 机制砂高性能混凝土应用技术,机制砂自密实混凝土 钢管拱自密实混凝土 自密实片石混凝土 机制砂水下抗分散混凝土 机制砂抗扰动混凝土 机制砂超高墩泵送混凝土 机制砂高强高性能混凝土,自密实混凝土是指在浇筑过程中无
13、需施加任何振捣，仅依靠混凝土自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙的混凝土。 混凝土外加剂及复合技术、大掺量矿物掺合料技术、配合比参数优化设计是配制自密实混凝土的关键技术。,机制砂高性能混凝土应用技术 5.1 机制砂自密实混凝土,在传统的坍落度试验中，自密实混凝土在达到260mm以上坍落度、600mm以上扩展度的同时，无离析、泌水现象的发生。,自密实混凝土局部特写：无离析、泌水现象发生，石子均匀分布在混凝土中,性能优势依靠自重充填模板，免除了振捣工序：,提高了混凝土的成型质量与稳定性，改善了结构耐久 性能；,加快了大体积混凝土的浇筑速度，提高了效率，缩短了工期；,解决了复杂结构以及钢筋密集
14、不宜振捣结构的混凝土浇筑问题；,节约人工，消除噪音，延长了模板的使用寿命，更加绿色环保；,大粒径机制砂自密实混凝土,机制砂自密实混凝土,自密实混凝土坍落度扩展度测试,用SCC浇筑底板,自密实混凝土的应用录像,5.2 钢管拱自密实混凝土,自密实混凝土是一种通过合理配合比设计与配制而成的具有高流动性、穿越钢筋能力和抗离析能力的特种混凝土。 钢管拱自密实混凝土是将自密实混凝土填入薄壁钢管拱内形成的一种介于钢结构和钢筋混凝土结构之间的一种新型组合结构材料，钢管拱及其核心混凝土之间的力学与刚度的协同互补，使其在施工工艺方面表现出了其它材料无可比拟的优势。,钢管拱自密实混凝土应用于贵阳南环线工程花溪I号大
15、桥施工建设中。,钢管拱自密实混凝土应用于贵阳南环线工程花溪I号大桥施工建设中。,C50钢管拱自密实混凝土性能：,初始坍落度260mm坍落扩展度700mm4h后坍落度260mm坍落扩展度650mm6h坍落度240mm坍落扩展度600mm8h后坍落度220mm，坍落扩展度575mm； 混凝土常压泌水率0% T50时间10.2s,混凝土抗压强度3d：41.3 MPa 7d：59.5 MPa28d：79.0MPa 28d弹性模量4.57104 MPa ； 28d自由膨胀率2.410-4 。,针对钢管拱自密实混凝土，施工中采用泵送顶升施工工艺。,钢管拱自密实混凝土的成功应用缩短了花溪I号大桥的施工周期，
16、保证了施工质量，效果显著。,5.3 机制砂自密实片石混凝土,机制砂自密实片石混凝土是指首先将满足一定粒径要求的大块石/片石直接放入施工仓，形成有一定空隙的片石体，然后在片石体表面浇注机制砂配制的超流态机制砂自密实混凝土，依靠自重，完全填充片石空隙，机制砂超流态机制砂自密实混凝土硬化后与片石形成完整、密实、低水化热的混凝土结构。,自密实混凝土充填堆石体形成机制砂自密实片石混凝土示意,机制砂自密实片石混凝土主要应用于贵州地区高速公路挡土墙中。,仓石入库,模板安装,超流态机制砂自密实混凝土浇筑,机制砂自密实片石混凝土已在贵州惠新高速、毕威高速等工程得到广泛的推广应用。,机制砂自密实片石混凝土应用录像
17、,5.4 机制砂水下抗分散混凝土,机制砂水下抗分散混凝土，即采用水下抗分散剂与合理的混凝土原材料，经合理配合比设计后，配制出一种在水下施工时不离析、抗分散、自密实、自流平、且安全无毒，不污染环境的水下抗分散混凝土。,普通混凝土进行水下浇注后立方体试件 的形貌,水下浇注后的试模,导管法,溜槽法,直接法,掺水下抗分散外加剂对浆体抗分散性的影响,投送浆体 抗分散性差,抗分散性良好 抗分散性良好,机制砂水下抗分散混凝土主要应用于贵州花鱼洞大桥桥墩基础下溶洞的修补，工程灌注桩。,机制砂水下抗分散混凝土主要应用于贵州花鱼洞大桥桥墩基础下溶洞的修补，工程灌注桩。,花鱼洞大桥跨越红枫湖水库，勘探结果表明，桥墩
18、基础下岩溶发育，对基础稳定性影响较大，需做特殊处理。 由于场区工程地质条件及水文地质条件较复杂，设计规定对溶洞采用水下抗分散混凝土进行修补填充，要求修补后填充密实，能满足基础承载能力需要，且对环境无污染，不能影响红枫湖饮用水源。,5.4 机制砂水下抗分散混凝土,C30机制砂水下抗分散混凝土 技术指标 初始流动度200mm 初始扩展度400mm 7d陆上抗压强度20MPa 28d陆上抗压强度35MPa 7d水陆抗压强度比70% 28d水陆抗压强度比80%,5.4 机制砂水下抗分散混凝土,水下抗分散混凝土的施工流程：施工准备测量定位钻出浇筑口搭建施工平台安装泵压设备混凝土拌制运输混凝土浇筑。,机制
19、砂水下抗分散混凝土取得了良好的工程应用效果，成功解决了贵州花鱼洞大桥桥墩基础下溶洞的修补和填充等工程问题。,机制砂抗扰动混凝土是为适应现代交通技术发展需求而研制的一种新型的混凝土，它可以抵抗行车荷载引起的车桥耦合振动对新拌及硬化混凝土的损害损伤，进而保证在不中断交通的情况下进行桥面大范围重新铺装浇筑质量。 抗扰动混凝土广泛适用各类混凝土修补工程，尤其适用于桥梁、隧道、公路等混凝土修补与抢修工程。,5.5 机制砂抗扰动混凝土,机制砂抗扰动混凝土特性：,高抗交通扰动性 合理的初凝终凝时间差 高早期强度 高抗裂性，高流动性能 高流动性能 高粘结性能 高耐久性,C50机制砂抗扰动自密实混凝土主要用于贵
20、州韩家店号特大桥维修加固工程中。,该桥是连接重庆和贵州的公路动脉，经统计该桥车流量高到6200辆/天，承载着繁重的交通任务，传统的修复方法需中断交通，将产生巨大的经济损失，严重影响社会正常的生产和生活。 该工程采用C50机制砂抗扰动泵送混凝土。腹板以及转向块等处采用机制砂抗扰动自密实混凝土。在桥面浇筑施工期间，仅进行限速控制，基本保证了该桥的正常通行。,5.5 机制砂抗扰动混凝土,采用机制砂抗扰动混凝土避免了车桥耦合振动对新拌混凝土的损害，新浇筑的桥面平整度高，几乎没有裂缝。抗扰动混凝土在韩家店I号特大桥中用量在1500方左右，应用效果良好，取得了显著的社会和经济效益。,对机制砂泵送混凝土，骨
21、料级配不合理，细颗粒总量多，内聚性差，在管内作“柱塞”运动时，阻碍形成合适的润滑层，导致流动阻力增加。因此机制砂超高混凝土提高可泵性的技术关键是增大混凝土内聚性，减小流动阻力。,5.6 机制砂超高墩泵送混凝土,机制砂超高墩泵送混凝土赫章大桥的施工建设中,亚洲第一高墩，195m,C50机制砂超高墩大体积混凝土设计与配 制原则,控制总胶凝材料用量，不宜大于500kg/m3; 选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、尽量降低水泥熟料用量； 单掺或复掺适量的活性矿物掺合料，如粉煤灰或矿渣粉，掺量宜大于20%； 优选选用聚羧酸高性能减水剂； 掺加适量引气组分；,C50机制砂超高墩大体积混凝土性能指标,初始坍
22、落度180220mm，初始扩展度550mm； 1h坍落度180220mm，扩展度500mm； 常压泌水率小于0.5%，无离析、低粘度； 抗压强度3d20MPa； 7d45MPa； 28d60MPa； 混凝土28d弹性模量应不小于3.5104MPa；,机制砂超高墩泵送混凝土拌合物状态好，施工性能优良，目前在贵州地区的应用量已超过5000m3。,机制砂高强高性能混凝土不仅要求其具有良好的可泵性，以及达到强度要求；此外考虑到混凝土的应用环境和耐久性。 要求能够更好地满足结构功能要求和施工工艺要求，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。,5.7 机制砂高强高性能混凝土,机制砂高强高性能混
23、凝土在贵州地区广泛应用于各大型工程项目，典型工程为六冲河特大桥主梁C60高强高性能混凝土施工建设。,C60高强高性能混凝土性能指标,坍落度和扩展度：坍落度180220mm，扩展度500mm； 坍落度保持性：1h坍落度损失不大于30mm，扩展度500mm； 抗压强度:3d30MPa，7d55MPa，28d70MPa 28d弹性模量：不小于3.5104MPa；,6 结语,机制砂行业生产技术水平低下，机制砂质量良莠不齐； 工程技术人员对机制砂与机制砂混凝土的性能缺乏认识； 正确认识机制砂和机制混凝土特性是推广应用的前提； 保障机制砂的质量与供应，是推广应用的基础； 加强政府宏观引导，强化技术培训，加强技术指导是关键。,谢谢！,
