《人工制砂技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展-第五章》

導(dǎo)讀：上一章談到制砂機(jī)中的智能節(jié)能、低碳環(huán)保半干式制砂技術(shù)  本章內(nèi)容是制砂機(jī)設(shè)備中的人工砂石系統(tǒng)研究的關(guān)鍵因素

2 人工砂石系統(tǒng)研究的關(guān)鍵因素

2. 1 砂的含水率與混凝土的關(guān)系

針對(duì)碾壓混凝土對(duì)砂石骨料質(zhì)量的特殊要求，砂的含水率波動(dòng)在碾壓混凝土中影響 VC 值，含水率過高影響溫控混凝土加冰，對(duì)于溫控要求高的大體積混凝土，當(dāng)砂的含水率達(dá)到規(guī)范上限 6% 時(shí)，往往加冰較為困難。含水率波動(dòng)直接帶來混凝土水灰比的波動(dòng)，從而影響混凝土的強(qiáng)度，所以砂的含水率要求在小于 6% 的同時(shí)，其波動(dòng)值小于 1%，這個(gè)指標(biāo)在全濕式制砂系統(tǒng)很難做到。濕式制砂入倉含水率為 12% ～17%，含水率要 7 d 以上才能降低到 7%，當(dāng)玄武巖在含火山角礫熔巖及凝灰?guī)r時(shí)在長達(dá) 45 d 脫水后其含水率才能穩(wěn)定在 10%左右。砂中粗顆粒裹粉問題: 實(shí)測 7 d 脫水后的砂，其粗顆粒( 1. 25 ～ 4. 75 mm) 表面包裹 1 層小于0. 045 的粉末，在混凝土的拌制過程中不能完全從砂的粗顆粒上剝離開，造成水泥與砂的粗顆粒結(jié)合黏連性差，按 2. 5 ～4. 75 mm 的粗顆粒占砂的 18%計(jì)，如果其中 50% 被包裹，混凝土試驗(yàn)結(jié)果其強(qiáng)度會(huì)降低 4%。另外濕式制砂的石粉主要由棒磨機(jī)生產(chǎn)，必須另增加收回設(shè)備回收石粉，回收投入較大，且回收小于 0. 075 的石粉較為困難。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)濕式制砂工藝生產(chǎn)的石粉含量能回收利用的最大才 16%。

當(dāng)然以上這兩大問題在干式制砂中都不存在，但干式制砂的問題主要是干式制砂過程中粉塵污染嚴(yán)重，砂下落堆存過程中易產(chǎn)生分離，常發(fā)生砂料堆上部的細(xì)度模數(shù)小于 2. 3、下部細(xì)度模數(shù)大于3. 3 的現(xiàn)象，使用過程中因取料點(diǎn)的不同而造成細(xì)度模數(shù)的變化較大，影響混凝土生產(chǎn)的均勻性; 濕式制砂也有同樣的問題，只是離散性小一些。大量試驗(yàn)表明，當(dāng)砂的細(xì)度模數(shù)為 2. 5 ～2. 7、含水率為3. 5% ～ 4. 5% 時(shí)，以上問題均不會(huì)發(fā)生，在 18 m 高的砂堆上任何一點(diǎn)取樣，細(xì)度模數(shù)波動(dòng)值均小于0. 12，7 d 堆存后砂中粗顆粒表面無裹粉板結(jié)現(xiàn)象。

2. 2 砂與混凝土的關(guān)系

2. 2. 1 砂的石粉含量與混凝土的關(guān)系

早在 1962—1964 年，水電九局在貴州貓?zhí)拥亩?jí)和四級(jí)水電站建設(shè)中作了西南三省天然砂與人工砂的對(duì)比研究( 人工砂石粉與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系) 后得出結(jié)論: 骨料中石粉對(duì)混凝土性能有影響，當(dāng) FM = 2. 5、石粉含量達(dá) 15% 時(shí)抗拉與抗壓強(qiáng)度均最大。其后在水工混凝土應(yīng)用人工砂石大量的工程實(shí)踐證明，骨料中的石粉能提高碾壓混凝土密實(shí)性，改善混凝土抗?jié)B性能、變形性能和施工和易性; 石粉可作水泥摻合料，替代部分粉煤灰;還能增大混凝土中漿體材料含量，從而使振壓后層面容易泛漿，改善了層面結(jié)合質(zhì)量。2001 年 1 月 1日開始實(shí)施的 DL/T 5112—2000《水工碾壓混凝土施工規(guī)范》就將小于 0. 16 mm 的石粉含量由 17% 擴(kuò)大到 22%，其最優(yōu)石粉含量為 16% ～ 22%; DL/T5144—2001《水工混凝土施工規(guī)范》將小于 0. 16mm 的石粉含量由 12% 擴(kuò)大到 18% ，試驗(yàn)表明砂中小于 0. 08 mm 的石粉含量應(yīng)達(dá)到 8% ～ 10% 為宜。成品砂中粒度小于 0. 16 mm 的石粉在碾壓混凝土中的作用越來越被重視，甚至成為碾壓混凝土不可缺少的組成部分，以改善碾壓混凝土的抗分離性能。在碾壓混凝土拱壩施工中，天然砂石料缺少石粉，如福建溪柄以及云南弄另、景洪水電站專門采用石灰?guī)r、火山巖粉作石粉摻用，以改善混凝土抗?jié)B性; 索風(fēng)營水電站碾壓混凝土壩工程由于砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的石粉含量為 17. 5% ～ 21. 8%，平均達(dá)19. 22% ，質(zhì)量穩(wěn)定，所以在大壩混凝土施工 3 個(gè)月后，調(diào)整降低了 6%的粉煤灰摻量。水電站工程用混凝土均是現(xiàn)場取樣做人工砂石粉含量與混凝土的關(guān)系試驗(yàn)，最終確定施工配合比，選取優(yōu)質(zhì)配合比作為對(duì)砂石系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量控制的要求。

2005 年貴州龍洞堡機(jī)場道面混凝土配合比試驗(yàn)時(shí)，對(duì)不同摻量小于 0. 16 mm 石粉所拌制的混凝土做了對(duì)比試驗(yàn)，見表 7

表7  龍洞堡機(jī)場道面混凝土的抗壓強(qiáng)度對(duì)比

石粉中小于 0. 075 mm 的含量為 8%，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，人工砂混凝土中小于 0. 16 mm 骨料含量為 15%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度最大，而用天然砂制成的混凝土中小于 0. 16 mm 骨料含量高則對(duì)抗壓強(qiáng)度基本沒任何改善。這表明現(xiàn)行的混凝土細(xì)骨料的規(guī)范對(duì)混凝土的應(yīng)用有不適當(dāng)?shù)募s束。在人工砂中增加小于 0. 075 mm 石粉，當(dāng)其含量達(dá)到 8% ～10% 時(shí)，對(duì)混凝土的性能非常有益。使用高石粉含量的人工砂制備的混凝土比使用天然砂制備的混凝土有更高的抗壓強(qiáng)度。結(jié)論為人工砂制備的混凝土的抗壓和抗折強(qiáng)度均高于優(yōu)質(zhì)天然砂。

現(xiàn)在建筑行業(yè)如核電、機(jī)場、高鐵的高標(biāo)號(hào)混凝土均使用人工砂石。傳統(tǒng)的混凝土生產(chǎn)技術(shù)和觀念認(rèn)為，特細(xì)骨料( 小于 0. 075 mm) 的含量要保持到絕對(duì)最小。在混凝土生產(chǎn)中，對(duì)石粉小于 0. 075mm 的摻量問題主要受制于 JGJ /52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)范的規(guī)定:限制了小于 0. 075 mm 的石粉使用，用人工砂比天然砂水灰比放大 0. 05 后，配制的混凝土強(qiáng)度不但不降，反有提高。水電九局曾探索用少量比例的石粉代配混凝土，發(fā)現(xiàn)其 28 d 強(qiáng)度比對(duì)照組提高了10% ～ 15% ，2003 年將其應(yīng)用于索風(fēng)營水電站大壩混凝土中，代替了 6% 的粉煤灰摻量。有的生產(chǎn)企業(yè)也做過類似的試驗(yàn)，且替代的比例很高，結(jié)果是混凝土用水量減少、和易性改善、流動(dòng)性提高并減少了泌水; 還有人做過人工砂與天然砂的電鏡分析，觀察發(fā)現(xiàn)石灰石質(zhì)人工砂與水泥水化凝膠間結(jié)合緊密，界面處無裂縫，幾乎分不出兩者的界限，而天然砂與水泥水化界面多有裂縫，有的寬度達(dá) 1～ 2 μm。

2. 2. 2 制砂的連續(xù)級(jí)配( 細(xì)度模數(shù)) 與混凝土的關(guān)系

砂石骨料的孔隙率的大小直接影響混凝土的強(qiáng)度，以石灰?guī)r為例，砂的顆粒級(jí)配孔隙率上限為42% 、下限為 35% ，當(dāng)孔隙率在 38. 3% 以下時(shí)，在做 C30 混凝土試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)混凝土的抗壓強(qiáng)度增長與砂的孔隙率降低成反比，孔隙率降低 1 個(gè)百分點(diǎn)，混凝土強(qiáng)度增長 1 MPa。在和易性一定的情況下，混凝土所需細(xì)骨料的級(jí)配受骨料本身特性的影響較大，不同粒形將影響骨料的孔隙率，從而影響混凝土配比、力學(xué)性能和混凝土拌制的經(jīng)濟(jì)性。粒形方正的顆粒比針片狀的顆粒更適合做混凝土骨料，因?yàn)槊繂挝惑w積中它們的表面積相對(duì)較小，同時(shí)，壓實(shí)后有更高的密實(shí)度。細(xì)度模數(shù)的波動(dòng)會(huì)影響混凝土的和易性，造成混凝土的質(zhì)量波動(dòng)較大。

第一點(diǎn)：制砂的連續(xù)級(jí)配( 細(xì)度模數(shù)) 與混凝土的關(guān)系已完 下一章內(nèi)容將繼續(xù)第2.3點(diǎn)制砂設(shè)備與骨料的關(guān)系 >《人工制砂技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展-第六章》

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