机制砂与细砂复配在泵送PHC管桩混凝土的应用研究

孙常杰 苟德胜 姚栋 李斌斌 季学阳

（建华建材投资有限公司江苏镇江212413）

摘要：针对天然砂资源稀缺、成本普遍较高的现状，且泵送PHC管桩强度等级高(C80)、混凝土和易性能好、泵送效率高等特点，采用机制砂与细砂复配的混合砂，以最小空隙率达到降低砂率的目的，不仅较好地满足泵送混凝土的要求，也可为企业节省较大的成本。

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关键词 ：强度等级C80混合砂；空隙率；泵送效率

收稿日期：2014-8-14

前沿

天然砂作为重要的混凝土材料，属不可再生资源。目前大规模的经济建设已使天然砂资源濒临枯竭，取而代之的是机制砂，机制砂不仅可以提高不可再生资源的循环利用率，而且可以降低混凝土成本、产生一定的经济效益。

市场上机制砂因受多种因素影响，质量参差不齐，而泵送混凝土管桩不仅要满足混凝土强度等级C80，还要满足混凝土的和易性、可泵性与泵送效率等要求。本文主要通过研究机制砂与细砂的复掺复配，满足了管桩对泵送混凝土技术指标的要求，提高了机制砂在管桩中的利用率。

1试验研究

1.1原材料

水泥：江苏某公司产P．Ⅱ52.5R级水泥，标准稠度用水量26.0%，3d抗折强度7.1MPa，3d抗压强度32.6MPa; 28d抗折强度9.2MPa，28d抗压强度59.7MPa;初凝时间130min，终凝时间185min，比表面积400m2/kg。其他各项性能指标均符合《通用硅酸盐水泥》(GBIT175-2007)要求。

掺和料：硅砂粉，比表面积380m2/kg，0.8mm筛余百分数1.0%，其他均符合《预应力高强混凝土管桩用硅砂粉》（JC/T 950-2005）。

细骨料：江西赣江细砂，细度模数1.6，表观密度2630kg/m3，紧密密度空隙率36%，含泥量小于1.0%，经检测其他均符合《建设用砂》(CB/T14684-2011)要求；江西赣江中砂，细度模数2.8，表观密度2650kg/m3，紧密密度空隙率39%，含泥量小于1.0%，经检测其他均符合《建设用砂》(GBIT14684-2011)要求。

粗骨料：长安公司生产的5mm-20mm碎石，表观密度2650kg/m3，含泥经水洗后小于0.5%，经检测其他均符合《建设用卵石、碎石》(GBIT14685-2011)要求。

外加剂：江苏某外加剂公司生产的高性能聚羧酸类减水剂，固体含量23.08%，密度1.054g/ml，实际减水率24.4%，pH值6.3，水泥净浆流动度220mm。

1.2配合比

依据《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2011)的要求，配合比设计应满足混凝土配置强度及其他力学性能、拌合物性能、长期性能和耐久性能的要求；所配置的混凝土具有良好的可泵性能，本次试验采用水胶比0.30，具体配比见表1。

强度满足高强混凝土管桩要求，强度等级不低于C80。配制混凝土是在管桩厂现场进行，实际水胶比在0.32-0.35之间，细骨料为天然砂，细度模数为2.8。

2机制砂搭配比例与试验方案

管桩实际生产过程中需要机械与人工搭配混合砂，因此，选定合理搭配比例具有一定的经济性与可操作性。经过综合考虑，选定机制砂搭配比例分别为25%和50%两种，安徽地区选择8种机制砂进行前期试验。

初步的试验结果是，按《建设用砂》(GB/T14684)标准检测混合细骨料，从表2可以看出，复配细骨料与单一的细骨料相比，空隙率大幅度降低，从而减少胶凝材料用量，提高混凝土密实度。从图1和图2可知，最小空隙率对应的不同产地机制砂，以江西机制砂、河北卵石破碎的机制砂较优，待混凝土试配试验确定。

3混凝土试件的制作与养护

本试验用抗压强度试件尺寸为1OOmm×1OOmm×1OOmm立方体，以3块试件为1组，采用表1的混凝土配合比，但细骨料为河砂与机制砂搭配，机制砂掺量有25%和50%两种，其他材料及用量均与表1相同；试件与管桩同条件养护，为蒸汽一压蒸二次养护，蒸汽养护时间为Sh，恒温80℃，出池后试压即为脱膜强度，压蒸养护时间为7h，温度为180℃，压力1．OMPa，出釜后试压即为压蒸强度。按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T50081-2002)和《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）要习之检测相关技术指标。

4混凝土力学性能和拌合物性能试验结果

通过表3及图3、图4的试验结果，发现机制砂25%掺量时，脱模与压蒸强度整体高于50%掺量，混凝土中掺人石灰石粉后，可使粉体粒度分布得以优化，水泥、矿物掺和料、石粉颗粒之间发生颗粒堆积效应，可使填充空隙减少，混凝土孔结构得到改善，内部更加致密，这些均对混凝土强度有利，石灰石粉在水泥水化反应中起到晶核作用，在一定程度上有利于水泥水化反应；通过表3及图3、图4试验结果还发现，河北卵石破碎的机制砂强度较高，说明卵石区别碎石，其主要成分SiO2可与水泥水化产物Ca(OH)2在高温高压下反应生成托勃莫来石，以提高混凝土强度；考虑选择河北卵石与山东鑫国机制砂进行泵送效率试验。

5试桩泵送效率对比试验

5.1混凝土配合比设计

按表1基础混凝土配合比进行设计，其中减水剂掺量按0.26%~ 0.30%进行调整试验，天然砂和两种混合砂的混凝土配合比见表4。

5.2天然砂和混合砂混凝土及其拌合物性能的试验结果（见表5）

5.3不同机制砂石粉含量对管桩混凝土水胶比、强度的影响（见表6）

6成本分析

6.1四种砂的单价（见表7）

6.2混凝土成本核算（见表8）

由表8可知，天然细砂与机制砂复配使用，在满足泵送混凝土技术指标条件下，可节约混凝土成本达9元／m3，为企业发展注入新的竞争力。结论

(1)通过在混凝土细骨料中掺加25%机制砂，可以提高泵送混凝土强度，满足泵送混凝土的工作性能，在石粉含量约5%以下时可提高混凝土泵送效率； ．(2)破碎卵石制备的机制砂，保留卵石部分光滑面，不仅有利于泵送效率，卵石粉Si02还可与水泥水化产物Ca(OH)2在高温高压下反应生成托勃莫来石，提高泵送混凝土强度；

(3)通过天然细砂与机制砂复配使用，在满足泵送混凝土技术指标的条件下，每立方米混凝土可节约成本9元，为企业发展注入新的竞争力。

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参考文献：

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作者简介

孙常杰，1986年生，本科，土木工程专业，助工，从事混凝土研发工作。

地址：镇江市句容沿江开发区江苏建华管桩有限公司研发中心

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E-mail: sunchangjie@jh-ph.com