机制砂应用技术研究Word下载.docx
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就工作性而言，石粉可以改变混凝土的流变性，石粉存在含量限值，在该限值以内，石粉可以起到润滑作用，使混凝土的流动性增大，超过此限值之后，石粉使砂浆的粘度大幅增加，对混凝土的坍落度产生不利影响；
就力学性能而言，研究表明石粉含量对机制砂混凝土强度的影响规律因混凝土强度等级或石粉岩性的差异而有所不同，但研究一致认为，适量石粉在机制砂混凝土中能够有效发挥级配效应和填充效应，弥补颗粒级配缺陷和填充混凝土孔隙，提高混凝土密实性，从而提高混凝土的力学性能；
就体积稳定性而言，多数研究认为混凝土的收缩随着石粉含量的增加而增大，不过也有一些学者存在不同的研究结果，如Celik等认为，机制砂石粉含量在10%以下时，干缩随石粉含量的增加而增加，石粉含量超过10%时，干缩应变减小；
就耐久性而言，适当提升石粉含量可使机制砂混凝土具有很好的粘聚性和保水性，改善了离析泌水现象，石粉填充了界面的空隙，使水泥石结构和界面结构更为致密，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土的抗渗性得到改善，但石粉对机制砂混凝土抗氯离子侵蚀能力的提升效果比粉煤灰和矿粉等活性矿物掺合料弱。
可以看出，研究者一致认为石粉含量会对混凝土的工作性、力学性能以及耐久性能产生影响，不过并未就石粉含量限值达成共识，且关于石粉含量对混凝土体积稳定性的影响存在着相反的研究结论。
就颗粒形貌来看，机制砂表面较天然砂更为粗糙，其棱角性更高，粗糙的表面虽有利于水泥石与集料间粘结强度的提高，但并不一定利于混凝土强度与耐久性的提高，因为集料粗糙的表面对空隙率、吸水率以及混凝土在集料颗粒表面区域的抗渗性的影响会更加显著，虽然渗透到颗粒里的水泥浆可以提高粘结力，但是集料颗粒同时提高了空隙率，提高了渗透性能，进而降低了集料的抗拉强度和抗剪强度，可能导致混凝土强度与耐久性的降低。
而棱角度会影响空隙率，棱角度高的颗粒会使堆积物具有更大的空隙率，将增加新拌混凝土的用水量，对机制砂混凝土的工作性和耐久性不利；
就颗粒级配的影响来看，相比间断分布的集料而言，采用粒径连续分布的集料得到的拌和物会具有更好的工作性能，集料中某段粒级颗粒过多或过少都会使混凝土的工作性变差，从而导致耐久性变差。
可以看出，针对机制砂颗粒特征的研究以定性居多，如何量化表征机制砂的颗粒形貌，进而建立量化指标来研究颗粒形貌对混凝土性能的影响仍有待进行。
随着机制砂混凝土研究的不断深入，机制砂混凝土在一些重点工程中得到了成功应用。
如李化建等依托潮惠高速公路工程，采用花岗岩机制砂制备出了静载和疲劳性能满足设计要求的C50机制砂混凝土箱梁。
针对机制砂在混凝土构件中的应用，一些学者进行了研究。
马昌盛从实际工程出发，建议管片用机制砂母岩要尽可能使用质地坚硬、无风化、洁净的石灰岩、玄武岩、石英岩、花岗岩等；
建议在机制砂生产中应使用反击式破碎机进行中碎和粗碎，使用冲击式破碎机进行细碎；
建议机制砂的石粉含量应控制在3%以内，且要求机制砂必须进行水洗后才可以进入施工场地。
综合来看，针对机制砂在混凝土中应用的研究不够系统。
目前的研究重点主要放在机制砂特性对管片混凝土工作性能、力学性能的影响以及管片用机制砂混凝土配合比设计方法的改进上，而对如何改善机制砂混凝土耐久性能方面的研究相对较少；
如何优化机制砂混凝土的养护制度以使其性能更加优异的研究也相对较少。
另外，机制砂属于地域性原料，其岩性因地域不同而存在较大差异，基于其他地域机制砂研究得到的成果未必适用于本地域。
因此，有必要结合广州地区机制砂的地域性特点和工程对混凝土的技术要求，对机制砂混凝土的应用技术进行研究，有效缓解天然砂资源短缺带来的负面影响。
该研究具有广泛的工程应用前景，可发挥重大的经济效益。
可行性分析
上世纪60年代，云、贵等少砂多石省份，开始用生产碎石的副产品—石屑配制水泥砂浆和低强度等级混凝土；
到了上世纪90年代，京、津、沪、渝、鄂、豫、鲁等省市，也相继以机制砂替代天然砂配制混凝土，并在实际工程中得到成功应用，取得了较好的经济效益和社会效益，说明应用机制砂替代河砂配制混凝土具有技术可行性。
国内外学者对机制砂及其混凝土性能开展了大量试验研究,已取得了一些可借鉴的试验成果；
此外,机制砂混凝土已在一些地面公路、桥梁工程中得到了成功应用,在此基础上,结合地铁工程的环境特点和广州的地域特性,对机制砂混凝土在广州地铁工程中的应用技术进行研究具有可行性。
研究目标
在调研和研究广州市周边地区机制砂特性基础上,结合工程对混凝土的技术要求和工程实践,提出机制砂在混凝土工程中的应用技术指引,为机制砂混凝土的工程应用提供理论指导和技术支撑。
3.2研究内容
（1）机制砂特性及质量控制技术研究
对广州市周边机制砂进行调研,确定机制砂的料源、生产设备、生产工艺等,并对机制砂特性如岩性、颗粒级配、石粉含量、MB值、压碎指标、吸水性、流动度比等性能进行测试,探索广州周边地区不同岩性机制砂特性,同时结合国内外机制砂相关应用规范对机制砂的技术要求，研究混凝土工程用机制砂的质量控制技术。
（2）机制砂混凝土在现浇结构中的应用研究
研究机制砂中石粉（岩性、含量）、机制砂的颗粒特征（颗粒粒形、级配）以及MB值对常用强度等级混凝土的工作性、力学性能、体积稳定性以及耐久性的影响,确定不同强度等级混凝土的石粉含量限值和MB值限值以及合适的颗粒特征指标。
在机制砂特性对混凝土性能影响的研究基础上，对机制砂混凝土在实际施工中的性能进行研究，确定机制砂混凝土在施工过程中需要控制的技术要点，进而提出机制砂混凝土在现浇结构中的施工技术要求。
（3）机制砂在预制混凝土构件中的应用研究
研究机制砂中石粉（岩性、含量）、机制砂的颗粒特征（颗粒粒形、级配）以及MB值对预制混凝土凝结时间、工作性、力学性能、收缩、抗裂性能以及抗氯离子渗透性能的影响规律,确定能够保证机制砂混凝土预制构件性能的石粉含量限值、MB值限值以及颗粒特征指标。
分析机制砂混凝土与天然砂混凝土差异基础上，对现有的预制混凝土工艺进行优化。
3.3研究方案及技术路线
（1）调研广州市周边机制砂的生产状况,对机制砂的生产水平展开全面评估。
调研工作包括：
（1）机制砂的料源和岩性；
（2）机制砂的生产工艺和生产设备；
（3）机制砂的级配控制方法。
（2）确定机制砂性能试验方法,开展机制砂特性研究工作
在文献调研和试验基础上,确定适宜的机制砂性能试验方法；
进而对广州市周边地区不同企业生产的机制砂进行取样,检测机制砂的性能质量指标（包括：
表观密度、堆积密度、紧密堆积密度、空隙率、石粉含量和泥块含量、MB值、颗粒形貌、筛分结果、吸水率、流动度比、氯离子含量、压碎指标以及碱活性等）,分析广州市周边地区机制砂的特性分布规律。
（3）研究石粉岩性和含量对现浇和预制混凝土性能的影响
研究石粉岩性与不同类型减水剂和常用矿物掺合料之间的相容性,为不同岩性机制砂混凝土提供减水剂和矿物掺合料的挑选原则；
在此基础上,研究石粉岩性和含量对现浇混凝土和预制混凝土性能工作性能（坍落度、扩展度、泌水率）、力学性能（脱模抗压强度、7/28d抗压强度）、体积稳定性（干燥收缩和徐变）以及耐久性（抗渗性、氯离子渗透系数以及电通量）的影响。
（4）研究机制砂颗粒特征对现浇和预制混凝土性能的影响
在文献调研基础上,结合实验,确定出量化表征机制砂颗粒特征的试验方法；
研究机制砂的颗粒粒形、级配对机制砂堆积密度和空隙率的影响；
并在此基础上,研究机制砂颗粒特性对现浇混凝土和预制混凝土性能工作性、力学性能、体积稳定性以及长期耐久性的影响。
（5）改善机制砂混凝土的生产工艺和结构性能
研究静置时间、升温速率和保温机制对机制砂混凝土脱模强度、体积稳定性、抗开裂性能以及后续强度发展的影响,确定适用于机制砂混凝土的养护制度；
研究搅拌时间和振捣方式、振捣时间对机制砂混凝土性能的影响，确定适用于机制砂混凝土的成型工艺。
对比机制砂混凝土和天然砂混凝土的力学性能，研究改进机制砂混凝土性能的技术措施。
3.4项目预算
桥兴研发项目资金预算表
项目号：
201907029项目负责人：
刘伟强金额单位：
347万元
序号
科目名称
金额（万元）
备注
1
基建费
10
2
设备费
30
设备购置费、设备试制费、设备升级改造与租赁费
3
材料费
280
4
测试化验加工费
5
燃料动力费
6
外协费
外协实验研究
7
差旅/会议/国际合作与交流费
8
出版/文献/信息传播/知识产权事务费
9
劳务费、专家咨询费
41
其他支出
3.5项目进度计划
机制砂应用技术研究进度计划如下表所示：
起止时间
主要工作内容
2019年7月—2019年8月
完成机制砂混凝土配合比验证工作；
完成广州市周边机制砂生产企业的生产状况调研。
2019年9月—2019年10月
完成机制砂特性分布规律及试验方法的研究工作；
完成机制砂混凝土在现浇结构中的应用性能研究；
完成机制砂混凝土在预制件中的应用性能研究。
2019年10月—2019年12月
完成机制砂混凝土的施工性能研究；
完成项目验收、成果归档等。
项目的创新点
项目创新点包括：
（1）提出不同强度等级、不同用途、不同应用环境的混凝土用机制砂应用技术。
（2）提出改善机制砂混凝土性能的技术手段。
4.2项目的技术先进性分析
与天然砂相比，机制砂在理论上存在诸多优点，如原材料来源广泛，其既能以废弃资源如尾矿、废石弃料等作为原料，又能使用以鹅卵石、矿石为主的自然原料，不受地域和季节气候的限制；
生产可就地取材，能够降低运输成本，具有一定经济效益；
采用机械化生产，质量可控可调。
然而，在实际应用中，机制砂还存在着石粉含量超标、粒形尖锐粗糙、颗粒级配不良等问题，导致机制砂混凝土存在需水量大、胶材用量高以及流动度低、易离析泌水等问题，进而影响到了机制砂混凝土的力学性能、体积稳定性及耐久性，制约了机制砂混凝土的推广应用。
本项目对机制砂应用技术研究的先进性表现在如下方面：
（1）对机制砂岩性、颗粒级配、石粉含量、MB值、压碎指标、吸水性、流动度比等特性进行分析。
通过探索广州周边地区不同岩性机制砂特性，研究混凝土工程用机制砂的质量控制技术。
（2）通过优化机制砂中石粉、机制砂的颗粒特征以及MB值来优化混凝土的工作性、力学性能、体积稳定性以及耐久性，实现符合技术经济效益的再生集料混凝土。
科研项目研究结果评价：
本项目在调研的基础上,结合工程对混凝土的技术要求和工程实践,开展了机制砂特性及质量控制技术、机制砂混凝土在现浇结构中的应用和机制砂在预制混凝土构件中的应用研究。
提出了不同强度等级、不同用途、不同应用环境的混凝土用机制砂应用技术，并提出改善机制砂混凝土性能的技术手段。
通过本项目的研究，使本公司在机制砂应用理论和使用技术方面均处于行业领先地位。
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