淺析榮烏高速公路新線工程混凝土用砂質(zhì)量控制措施

周友杰

（中交四航局第二工程有限公司，廣東 廣州510000）

1 工程概況

榮烏高速公路新線工程位于河北省北部，工程線路總體呈東西走向，途經(jīng)廊坊、保定等地，線路全長72.8km，本文依托施工段ZT8 標(biāo)段，標(biāo)段長5.7km。項(xiàng)目受交地滯后及疫情影響，為確保節(jié)點(diǎn)工期，混凝土早期強(qiáng)度要求較高。因此，在參考大量經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上[1～3]，為保障其早期強(qiáng)度采取較小水膠比及用水量，但同時(shí)這一措施增加了混凝土減水劑摻量，易引起混凝土黏重，對(duì)減水劑敏感性增強(qiáng)[4]。且本項(xiàng)目跨越了河北地區(qū)整個(gè)冬季，冬期對(duì)混凝土原材料保溫加熱提出了更多挑戰(zhàn)。另外，本工程所處地雄安地區(qū)建設(shè)如火如荼，合格砂石料處于供不應(yīng)求狀態(tài)，混凝土用砂質(zhì)量波動(dòng)對(duì)混凝土拌合物性能影響極大[5]，極有可能造成嚴(yán)重的質(zhì)量事故。

綜上所述，本文所依托工程對(duì)混凝土質(zhì)量有較高要求，且所處地混凝土用砂較為緊張，以及施工跨越北方冬期，混凝土質(zhì)量保障較為困難?；诖耍疚拈_展相關(guān)探究工作，形成了混凝土用砂從生產(chǎn)、運(yùn)輸、儲(chǔ)存到使用的全過程質(zhì)量控制措施。

2 混凝土用砂質(zhì)量擇優(yōu)措施探究

2.1 混凝土用砂測試指標(biāo)分析及質(zhì)量控制措施

混凝土用砂應(yīng)嚴(yán)格控制其含泥量，砂中含泥量過大，會(huì)對(duì)混凝土新拌性能及硬化性能造成極大影響，進(jìn)一步影響工程建造品質(zhì)[6～7]，因此為保障混凝土質(zhì)量，應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土用砂含泥量。項(xiàng)目需砂量較大，需將周邊砂場砂運(yùn)輸至項(xiàng)目部水洗。測試了混凝土水洗前后含泥量變化，結(jié)果見表1 及圖1所示。

表1 混凝土用砂的含泥量指標(biāo)檢測（%）

如表1 及圖1所示，一次水洗之后，混凝土用砂含泥量在2.8%～4.1%之間，較未洗之前含泥量大幅度降低，含泥量最低降低了4.4%，含泥量最高降低了6.0%。二次水洗之后混凝土用砂含泥量在0.8%～2.6%之間波動(dòng)，相對(duì)于一次水洗，二次水洗混凝土用砂含泥量最低降低了1.4%，含泥量最高降低了2.0%。二次水洗之后，混凝土用砂含泥量集中在1.6%左右，基本可滿足生產(chǎn)需求。

圖1 混凝土用砂含泥量

混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)其新拌性能同樣具有較大影響，不同細(xì)度模數(shù)用于混凝土中混凝土性能完全不同[8]。通常認(rèn)為混凝土材質(zhì)和制備工藝相同時(shí)，高性能混凝土用砂級(jí)配宜選用Ⅱ區(qū)中砂，其細(xì)度模數(shù)通常為2.6 ～2.9[9]。對(duì)項(xiàng)目所在地周邊產(chǎn)砂進(jìn)行了調(diào)研，結(jié)果見圖2所示。

如圖2所示，項(xiàng)目所處地周邊所產(chǎn)砂子細(xì)度模數(shù)僅有少數(shù)超過了3.0，更多集中在2.4 ～3.0 之間。基于此，為保障混凝土質(zhì)量及混凝土用砂供應(yīng)量，項(xiàng)目采取將砂細(xì)度要求定于2.4 ～3.0 之間，并對(duì)所用砂細(xì)度模數(shù)進(jìn)行定期抽檢，一旦發(fā)現(xiàn)其不符合要求，禁止其進(jìn)入儲(chǔ)備倉內(nèi)。

圖2 混凝土用砂細(xì)度模數(shù)

3 基于混凝土用砂質(zhì)量控制的配合比設(shè)計(jì)探究

3.1 混凝土原材料及配合比

選取了張家口河砂、阜平河砂、唐山摻配砂、易縣摻配砂開展了混凝土配合比設(shè)計(jì)研究，粗集料為淶水產(chǎn)5～31.5mm 級(jí)配碎石；水泥為金隅P.O42.5 普通硅酸水泥；粉煤灰為區(qū)Ⅰ級(jí)粉煤灰；礦粉為S95 級(jí)礦粉，減水劑為蘇博特聚羧酸高效減水劑，配合比及砂指標(biāo)見表2 及表3所示

表2 混凝土配合比(kg/m3)

表3 各產(chǎn)地砂的技術(shù)指標(biāo)

3.2 混凝土適配結(jié)果分析

以表2 配合比及表3 混凝土用砂開展混凝土配合比適配工作，試拌結(jié)果見表4。

表4 不同產(chǎn)地河砂C50 配合比試拌結(jié)果

由表4 可知，不同產(chǎn)地混凝土用砂均可通過減水劑或砂率調(diào)整，使新拌混凝土坍落度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但混凝土和易性較差，出現(xiàn)黏重、泌水等現(xiàn)象。黏重、泌水等和易性不佳的混凝土，不僅影響施工，還會(huì)導(dǎo)致混凝土表面開裂，側(cè)面水紋，分層，砂線等質(zhì)量問題，出現(xiàn)回彈時(shí)明顯底部奇高，表面較低的混凝土“混”不好的現(xiàn)象[10]。

3.3 減水劑適應(yīng)性配方調(diào)整及優(yōu)化措施

新拌混凝土出現(xiàn)黏重、泌水現(xiàn)象主要是其體系中不能形成穩(wěn)定膠體引起的。新拌混凝土膠體指直徑為1～100nm 的顆粒物質(zhì)，由膠材顆粒水化形成，聚羧酸減水劑含有植物纖維素、糖分海藻酸鈉等組分，同樣可形成該物質(zhì)[11]，因此通過調(diào)整減水劑配方彌補(bǔ)混凝土用砂引起的黏重、泌水，改善混凝土拌合性能是完全可行的?；诖?，為改善項(xiàng)目混凝土用砂給新拌混凝土帶來的負(fù)面影響，通過與減水劑廠家技術(shù)人員溝通，形成了如下改善措施：

（1）張家口、唐山砂減水劑配方相同，唐山砂增加0.1%的減水劑摻量，阜平和易縣砂增加0.3%的減水劑；

（2）更改了減水劑配方，改變了減水劑各組分的比例，增加了增粘劑及保坍劑含量，保障了減水劑摻量不變的情況下混凝土新拌性能滿足設(shè)計(jì)要求，有效改善了混凝土黏重、保坍不足、凝結(jié)時(shí)間長等工作性問題；

（3）為防止不同產(chǎn)地混凝土用砂混合使用或選錯(cuò)對(duì)應(yīng)的減水劑，試驗(yàn)室和物資磅房管理員對(duì)接，將不同的砂分倉存放，備料場劃區(qū)域備料，嚴(yán)禁混堆；

（4）不同配方減水劑進(jìn)場先進(jìn)行編號(hào)，混凝土生產(chǎn)時(shí)，試驗(yàn)員首先確認(rèn)料倉內(nèi)砂的產(chǎn)地，細(xì)度模數(shù)大小，從而確定砂率和選定相應(yīng)編號(hào)配方的減水劑；

（5）混凝土生產(chǎn)后加大混凝土拌合物性能的檢測頻率，符合要求后方可發(fā)車。

通過以上措施，做到了混凝土原材料的準(zhǔn)確把控，混凝土配合比能夠?qū)?yīng)砂場的變化，砂石料的變化對(duì)混凝土拌合物性能的影響基本消除。

3.4 混凝土用砂含水率控制措施研究

本文依托項(xiàng)目混凝土用砂均為水洗砂，因工程所處地周邊工程量巨大，合格砂源一直處于供不應(yīng)求狀態(tài)，砂場水洗砂當(dāng)天即轉(zhuǎn)運(yùn)至攪拌站，混凝土用砂含水率波動(dòng)較大。本項(xiàng)目混凝土配合比設(shè)計(jì)基于低用水量、低水膠比、早強(qiáng)的原則，減水劑是高性能聚羧酸型，減水率較高，對(duì)水量變化非常敏感。水洗砂含水率變化若未在施工配合比中及時(shí)體現(xiàn)，則混凝土拌合物出現(xiàn)很粘稠或離析現(xiàn)象，嚴(yán)重影響混凝土拌合物性能，對(duì)施工不利?；诖耍瑢?duì)攪拌站不同批次進(jìn)場砂進(jìn)行了含水率變化測試，結(jié)果見表5所示，同時(shí)計(jì)算了混凝土用砂含水率降低情況（前一天混凝土用砂含水率減去當(dāng)天混凝土用砂含水率，進(jìn)場含水率變化取0）。

表5 砂含水率變化

由表5 及圖3 可知，不同批次混凝土用砂進(jìn)場時(shí)含水率在8.6%～12.1%之間波動(dòng)，含水率較高。隨著放置時(shí)間的延長，不同批次混凝土用砂含水率均呈下降趨勢。且可發(fā)現(xiàn)隨著放置時(shí)間延長，混凝土用砂含水率變化逐漸趨于平緩。究其原因，本文所依托項(xiàng)目混凝土用砂為水洗砂，含泥量控制在較低水平，同時(shí)水洗過程會(huì)丟失部分細(xì)集料，造成混凝土用砂保水性較差，因此隨著放置時(shí)間延長，混凝土用砂含水率前期波動(dòng)大，后期波動(dòng)小。混凝土用砂放置4d 時(shí)間，混凝土用砂含水率在5.3%～5.6%之間波動(dòng)，且含水率波動(dòng)較小。

圖3 含水率降低差值

針對(duì)混凝土用砂含水率變化情況，在保障項(xiàng)目工程順利進(jìn)行基礎(chǔ)上，制定了如下措施：

（1）對(duì)混凝土用砂大量備料，堅(jiān)持分倉、逐次使用，盡量使料倉中砂至少存放四天且含水率穩(wěn)定后使用；

（2）對(duì)上料鏟車司機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格交底，嚴(yán)格按照試驗(yàn)室要求上料。不得貼地將水和砂一起鏟起上料；

（4）加大砂含水率、施工配合比、混凝土拌合物等的檢測頻率。

3.5 冬期施工混凝土用砂溫度控制

因項(xiàng)目工期緊張，需在河北冬期連續(xù)施工，項(xiàng)目11月份進(jìn)入冬期，來年2月份結(jié)束，最低溫度-18℃。冬期之前根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，需確保冬期混凝土出機(jī)溫度在16℃～20℃之間，結(jié)合熱工計(jì)算，當(dāng)采取55 ～60℃熱水時(shí)，砂的溫度不得低于3℃?；诖?，建立了封閉料倉，并于料倉底部預(yù)埋了地暖管道，對(duì)冬期用砂進(jìn)行了地暖加熱。

圖4 混凝土用砂保溫加熱措施

攪拌站采取全封閉料倉，結(jié)合地暖加熱，冬期料倉內(nèi)部溫度遠(yuǎn)大于外部維度，分別測試了不同加熱時(shí)間下，料倉內(nèi)混凝土用砂溫度變化情況，結(jié)果見圖5所示。

圖5 砂溫度變化

如圖5所示，混凝土用砂溫度隨之增加，加熱1d，混凝土用砂溫度在1 ～4℃之間波動(dòng)，加熱2d，混凝土用砂在3 ～8℃之間波動(dòng)，加熱3d，混凝土用砂溫度在5 ～10℃之間波動(dòng)。隨著加熱時(shí)間增加，混凝土用砂溫度上升變緩，溫度逐漸趨于一致。

綜上所述，采取封閉料倉及地暖加熱措施，混凝土用砂加熱2d，可保障其溫度不低于3℃，滿足熱工計(jì)算中砂溫度不低于3℃需求，有效保障了冬期施工混凝土出機(jī)溫度。

4 結(jié)論

（1）二次水洗可保障混凝土用砂含泥量小于2%；混凝土細(xì)度模數(shù)控制在2.4 ～3.0 之間，可保證項(xiàng)目用砂供應(yīng)充足；

（2）增加減水劑降粘組分、減水劑摻量，可保證所配置C50 混凝土具有較好工作性；

（3）混凝土用砂放置4d 時(shí)間，其含水率穩(wěn)定于5.3 ～5.6 之間，含水率波動(dòng)較小，結(jié)合用水量調(diào)整，可保證混凝土工作性能；

（4）采取全封閉料倉及地暖加熱措施，加熱2d，可保證混凝土用砂溫度不低于3℃；

（5）通過系列控制措施，解決了砂源、砂含水率、冬期施工砂溫度等影響混凝土性能問題，減少了因混凝土拌合物狀態(tài)不合格如離析、干硬等廢棄混凝土，降低了混凝土損耗，節(jié)省了二次調(diào)整混凝土的時(shí)間，增加了工效。