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混凝土用砂石相关标准存在的问题与思考

发布日期:2018-04-02 浏览次数:

混凝土用砂石相关标准存在的问题与思考

王敏,罗作球,孟刚,张凯峰,吴超,刘磊

中建西部建设北方有限公司

 

摘要:通过比较不同国家标准对混凝土用砂石的规定,发现在混凝土砂、石标准的主要质量指标存在的区别与问题。对于骨料级配,主要分析对比Ⅱ区中砂。通过国内外砂石标准对比出现的问题进行分析与思考,提出新的技术要求。

关键词:砂石;骨料;级配;石粉含量;压碎指标

天然砂石是不可再生资源,伴随天然砂石资源逐渐大量使用的状况,为了满足建设用砂石的需求,扩大混凝土用砂石的来源范围,机制砂石逐渐成为混凝土生产的主要砂石源。而我国砂石质量差,级配不合理、空隙率比较高,粒形复杂,对建设用的混凝土和易性产生不利影响,同时对混凝土的力学性能和耐久性造成影响。对于骨料级配,现行规范中认为Ⅱ区中砂更适合配制混凝土。目前国内外砂石规范中,对于骨料级配和骨料粒形规定比较宽泛,且对混凝土性能的影响没有明确。

本文对比国内外砂石相关标准,包括国内标准和国外标准,国内标准具体有:JGJ 52-2006《普通混凝土用砂石质量及检验标准》、GB/T 14684-2011《建设用砂》、GB/T 14685-2011《建设用碎石、卵石》、SL 352-2006《水工混凝土试验规程》、CECS104-99《高强混凝土结构技术规程》和DB 24016-2010《贵州省山砂混凝土技术规程》,国际标准具体有:ISO6274《混凝土—骨料筛分析》、美国 ASTMC 33-03, ASTMC 33-01《混凝土集料标准规范》、英国BS 882:1992《混凝土用天然集料规范》、日本JISA5005—1993《混凝土用碎石及碎砂》、德国DIN 4226-1:2001《混凝土和灰浆集料》、澳大利亚 AS 2758.1-1998《工程应用骨料和岩石》和欧标BSENl 2620:2002《混凝土用骨料》,通过对国内外砂石的研究与分析,对相关标准中骨料级配、砂石指标、石粉含量及砂的压碎指标方面存在的问题进行了思考与分析,并提出了新的技术要求,希望为砂石相关标准的制定与修订提供参考。

1术语

相关标准对砂石的相关术语列于表1。

表1 砂石标准的术语


 

2骨料配级

骨料的颗粒级配即不同粒径的砂相互搭配的情况。砂的粗细程度分为粗、中、细、特细四级,良好的级配能使砂的孔隙率和总表面积均减少,从而在保证良好施工性能的前提下,使混凝土胶凝材料浆量减少,并能提高混凝土密实性、强度和耐久性。

JGJ 52-2006 明确规定砂筛采用方孔筛代替了圆孔筛,大量的试验表明方孔筛的细度模数一般要比圆孔筛细度模数稍大,两者相差0.1。一般情况下,方孔筛和圆孔筛试验两者允许误差0.2的范围内,且大量试验验证筛孔形状的改变不会对骨料级配数产生较大影响。

国际上对各行业的试验筛有统一的标准,ISO/TC 171水泥和混凝土委员会,1982年制定ISO6274,对骨料的筛分方法规定混凝土骨料中颗粒级分布的方孔筛方法,如表2试验用筛筛孔尺寸。

表2 ISO6274试验用筛筛孔尺寸


 

从表2试验用筛筛孔尺寸中可以看出,发达国家(如美国、英国、欧盟国家等)骨料颗粒级配范围差异不大,其中欧盟宜采用A系列的筛孔尺寸;美国、英国、日本等发达国际及多数国家多采用B系列的筛孔尺寸;我国 GB/T 14684-2011、GB/T 14685-2011 标准均采用B系列,SL 352-2006 中骨料试验筛采用C系列。A/B/C系列均未对筛孔尺寸150mm、120mm试验筛提出技术要求,且筛孔大于尺寸150mm时,筛孔尺寸偏差及测试时的金属丝直径,都需要我们重新思考,选择合适的方法去衡量。各国对于中砂级配的要求如表3所示。

表3 各国规范对中砂级配的规定


 

从表3中可以看到,总体上看,各国对于砂级配控制范围宽泛,相比之下,英国对中砂的要求最为宽泛;美国、日本及中国对于中砂级配控制范围较小。

根据表3可以看出,GB/T 14684-2011 对于机制砂0.15 mm的筛孔尺寸通过百分率为6%~20%,相比其他国家高点,说明0.15 mm尺寸以下颗粒很多,而0.6 mm的筛孔尺寸通过百分率为30%~59%,相比其他国家低点,说明0.6mm尺寸以下颗粒很少。GB/T 14684-2011 规定的0.15~0.6mm通过百分率不合理会造成机制砂级配中出现两头大中间小问题,且筛孔尺寸0.15~0.6 mm之间的颗粒多少对混凝土的工作性、抹面和泌水有很大的影响,因此II区机制砂级配规定应该中降低0.15mm通过百分率,增大0.6mm的通过百分率,避免颗粒的不均匀性。推荐使用JGJ 24-2011标准中0.15mm通过百分率为0~10%,生产混凝土可提高工作性能。

3国内外相关混凝土砂石指标

现代混凝土技术的高速发展,在建筑施工中高标号、高性能的混凝土使用越来越频繁,C60以上混凝土对砂、石的质量要求,人们也越来越关注。为了满足工程使用的要求,各国对混凝土砂石指标的要求如表4所示。

表4 混凝土砂石指标最严格的上限值


 

根据混凝土强度等级不同,砂石指标有所差异。从表4可以看出,在C60级混凝土相比之下,国外对砂、石中含泥量极限值更加宽松。相同的砂,我国考虑到地质条件下对实际含泥的影响状况,同时考虑到在运输过程中对砂产生的一定污染状况,因此JGJ 52-2006 将混凝土含泥量定在≤2%是合理的。相同的石,我国所测针片状含量远远小于英国所测值,即使生产采用针片状含量较低、粒径不好的碎石,也会对混凝土性能造成一定的影响。因此在针片状之外提出更为严格的粒形控制指标,是很有必要的。通过研究发现骨料不规则颗粒对混凝土和易性和强度确实有很大影响,当骨料不规则颗粒含量超过30%时,混凝土各项性能出现明显下降。反过来,如果骨料粒形效果好,混凝土各项性能都能提高,所以应该提出骨料不规则颗粒含量建议不大于20%。

4石粉含量

混凝土中使用的天然砂是一种不可再生的资源,是经过亿万年的时间才能形成。随着现在建设规模的扩大,对混凝土的质量要求越来越严格,优质的天然砂资源紧缺,同时可持续发展战略逐步实施,“机制砂高强混凝土”、“机制砂流态混凝土”、“高性能机制砂混凝土”的相继完成,使用机制砂代替天然砂的局面已成为砂行业未来发展的趋势。

机制砂含有石粉,是由岩石经开采(爆破)—机械破碎—筛分而成,小于0.075mm的颗粒。石粉是一种掺入水泥中不参与水化反应,比表面积较大的惰性物质,石粉具有完整的微级配、粗糙的表面、较高的表面能和亲水性,在混凝土的界面起到很好的填充效应、晶核效应、活性效应等作用,同时石粉能够使浆体密实,孔隙率减少,使水化物结晶颗粒尺寸变小,取向程度下降,降低骨料周围浆体的试剂水灰比,从而改善了混凝土的和易性。不同的标准对石粉含量的要求如表5所示。

表5 国内标准对石粉含量的指标


 

从表5可以看出,国内石粉在C10以下的强度等级生产混凝土时,一般水泥用量少,从而弥补了机制砂和易性差的弊端,因此标准从C20强度等级混凝土石粉含量开始要求是符合要求的。考虑到采矿时土层没有彻底清除干净有残留物或者人工砂中夹有泥土的状况,JGJ 52-2006 标准要求机制砂或混合砂需先经过亚甲蓝法判定石粉含量,来满足对混凝土耐久性设计的要求是比较合理的。国外标准对石粉含量的要求如表6所示。

表6国外标准对石粉含量的指标


 

与国内相比,国外标准对石粉含量的限制范围比较宽。一方面各个国家标准对细骨料级配有所不同,配制混凝土有工作性时,可以通过引气、增加水泥或者矿物掺和料等方法改善细粉的问题;另一方面欧洲国家对石粉含量没有严格限制,欧洲标准化委员会(CEN)于2002年10月1日批准的《混凝土用骨料》(BSENl 2620:2002)规定,允许粉体含量超过限定范围,该等级和含量由生产厂家决定。

5砂的压碎指标

压碎值指标是检验机制砂其坚固性及耐久性的一项指标。不同标准对砂的压碎指标如表7所示。

表7 砂的压碎指标


 

大量试验证明,机制砂的压碎值指标对中、低等级混凝土的强度一般不受影响,对高等级混凝土抗冻性无显著影响,却能够对混凝土耐磨性明显下降的影响。混凝土中砂的级配直接与压碎值相关,因此JGJ 52-2006机制砂的压碎指标不大于30%是符合要求的。

6结论

由于现代混凝土技术正处于革命性的变革时期,旧标准没有完全打破,新标准正在建立,标准和规范中存在一定问题和矛盾也是正常现象。在现阶段的建设施工中混凝土的要求很高,标准和规范 “包打天下”的时间已经成为过去式,现在就需要时间,我们用平常心对待,积极思考、及时纠正和改变。与国外相比,我国砂石标准各项指标相对比较严格,广泛吸取国外科研成果,并积极借鉴国外标准。我们不是鼓励不执行标准与规范,不鼓励突破标准,对其提出新技术要求,而是按照施工的工程实际和详实试验数据、现象进行探索和独立思考,在今后一段很长时间,要建立一条系统的数据库,方便工程所需。

机制砂的这几点你都知道吗?

黄敏琦 合诚工程咨询集团股份有限公司

1机制砂的概念

就机制砂的叫法而言,因为地区差异也会存在不同的叫法。例如,在贵州,机制砂被称为山砂,上海称为碎石砂,广东则又被叫做石粉。国家砂石标准《建筑用砂》GB/T14684,将砂按照产源主要分为机制砂和天然砂。福建省地标DBJ/T 13-116 规定机制砂俗称人工砂。天然砂主要是指由经由自然风化、水流搬运和分选、堆积形成的、粒径小于4.75mm 的岩石颗粒,天然砂不包括风化岩石以及软质岩的颗粒,主要是指山砂、湖砂、河砂以及淡化海砂。由天然砂和机制砂混合而成的砂称为混合砂。

2机制砂的技术要求

机制砂按细度模数分为粗、中、细砂三种规格,技术要求分为类、Ⅱ类、Ⅲ类。机制砂颗粒级配符合相关要求,砂的实际颗粒级配除4.75mm和600um筛档外,一般可以稍微的高出一些,不过各级累计筛余超出值总和是不应当超过于5%的。吸水率不宜大于3%,进场机制砂含水率不宜大于8%,总压碎值指标应小于30%,亚甲蓝试验MB<1.4(合格),C50~C30石粉含量≤7.0,钢筋砼用机制砂,氯离子含量大于0.06%;坚固性和有害物质应符合JGJ52 要求;福建省地标DBJ/T 13-116引入粒型系数表征机制砂外形特征,粒型系数r不宜大于4.0。

碎石:宜采用反击破碎石,用于高强度砼,应检验母岩抗压强度,对于预防混凝土碱骨料反应要求的砼,还应进行碱活性试验。

水泥:应对进厂的散装水泥进行温度监控,用于生产预拌机制砂砼的水泥温度不宜高于60℃。大体积砼时,还应检验其水化热。

外加剂:应对PH、氯离子含量、碱含量、减水率、凝结时间差和抗压强度比进行检验,特别注意含气量指标控制。

掺合料:采用粉煤灰和矿渣粉双掺,粉煤灰应对其细度、需水量、烧失量、SO3 含量、含水率进行检验;矿渣粉SO3 含量、活性指数、比表面积、烧失量、密度等进行检验。

拌合水:应符合现行行业标准《混凝土用水标准》JGJ63 的规定。

3机制砂石粉对混凝土影响

机制砂石粉的粒径<75μm 与天然砂中的泥尘有区别。机制砂经过人工破碎呈多棱状,对骨料、水泥结合起到填充作用,有利于砼的骨架构架,石粉起到填充孔隙。同时石粉对混凝土的和易性不利,主要影响原因人工砂石粉含量太大,混凝土颗粒比表面积加大、吸水率大,大大减少羧酸系减水剂减水效果。但适量的石粉可以改善级配,提高混凝土密实度及保水性,使得混凝土综合性能得以提高;国家行业标准及福建省地方标准规定了检测人工砂石粉含量必须进行亚蓝MB值的检验,用于检测粒径<75μm 的物质。

4机制砂砼施工过程控制要点

(1)首先用于泵送的机制砂混凝土坍落度经时损失不宜大于30mm/h,经时损失过大,对砼流动性、粘聚性和保水性影响明显,不利于砼振捣,并容易出现蜂窝、麻面等质量缺陷。

(2)机制砂混凝土运输、输送、浇筑过程中严禁掺水,搅拌时间应在天然砂砼搅拌时间的基础上适当延长,且应每班检查,卸料前应高速反向旋转不少于30s;混凝土运输至浇筑现场时,不得出现离析和分层现象。

(3)控制混凝涂拌合物入模温度,不应超过35℃,现场温度高于35℃时,对金属模板进行浇水降温,并不得留有积水.大体积砼,采取必要的措施,混凝土温差控制在设计要求范围,无要求时应符合国标《大体积混凝土施工规范》GB50496规定;具体可以采取预埋冷却管、砼施工时掺加冰块等措施,降低水泥在凝结时水热化减少砼温差引起的裂缝。

(4)采用机制砂或者混合砂(机制砂与河砂掺合)设计混凝土配比,在室内标准试验环境中,砼抗压强度及耐久性指标均能满足设计及规范要求。实际施工过程中加强对人工砂级配、石粉含量及吸水率、外加剂抽检,两者对砼的性能影响较大,特别是和易性影响非常明显。到达现场砼卸料检查坍落度及和易性,一旦出现离析及分层现象坚决退货。

(5)大体积砼施工前应测定砼初凝时间,砼浇筑连续,振捣密实。控制砼温差要有温控措施,降低水泥水热化,减少砼裂缝。

(6)施工过程中各种因素导致坍落度损失较大,不能满足施工要求时,严禁浇筑过程中往混凝土加水,可事先由试验室确定减水剂加入量,在运输车罐内加入适量与原配合比相同成分的减水剂,经过罐车充分搅拌后再浇筑混凝土。

根据福建省闽建办建【2017】2 号文相关规定及结合河砂资源日益匮乏的现状,为进一步提升混凝土结构工程质量,保证结构安全,2018 年开始实行分批分区域禁止预拌砼企业使用河砂生产预拌混凝土。使用机制砂代替河砂,通过分析原材料要求及人工砂对预拌混凝土性能的影响,采取必要措施,指导施工,减少砼表观缺陷。

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中国砂石协会

2018年04月02日

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