机制砂特性及其在高性能混凝土中应用技术

机制砂特性及其在高性能混凝土中应用技术汇报人：蒋正武博士工作单位：同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室电子邮箱：[e-mail]汇报提纲混凝土发展机制砂的生产与质量控制机制砂特性与技术控制指标机制砂混凝土特性机制砂高性能混凝土应用技术机制砂自密实混凝土钢管拱自密实混凝土自密实片石混凝土机制砂水下抗分散混凝土机制砂抗扰动混凝土机制砂超高墩泵送混凝土机制砂高强高性能混凝土结语1混凝土发展1混凝土发展1混凝土发展1混凝土发展36km25.5km32.5km苏通大桥世界最大斜拉桥跨江8146m全长32.4km1混凝土发展大坝新建10三峡大坝1混凝土发展公路高速公路新建11000km/y,既有10万km公路总量250万km(2011年)1混凝土发展铁路营业里程9.3万km(2011年)1混凝土发展北京-上海客运专线1300公里北京-哈尔滨客运专线：京秦沈快速客运通道700km天津-秦皇岛、哈尔滨-大连两条线总长：1160km北京-广州-深圳客运专线2230公里杭州-宁波-深圳客运专线1600公里杭州-南昌-长沙客运专线880公里南京-武汉-重庆-成都客运专线1900公里徐州-郑州-兰州客运专线1400公里青岛-石家庄-太原客运专线770公里京津、宁沪杭、广深、广珠等城际客运系统2000公里北京-上海客运专线1300公里北京-哈尔滨客运专线：京秦沈快速客运通道700km天津-秦皇岛、哈尔滨-大连两条线总长：1160km北京-广州-深圳客运专线2230公里杭州-宁波-深圳客运专线1600公里杭州-南昌-长沙客运专线880公里南京-武汉-重庆-成都客运专线1900公里徐州-郑州-兰州客运专线1400公里青岛-石家庄-太原客运专线770公里京津、宁沪杭、广深、广珠等城际客运系统2000公里1混凝土发展1混凝土发展混凝土仍是21世纪人类最大宗的建筑材料00.00660.0286123.64.15.15.916.56.5177.6188.2209.622.110.622.511.22413.52513.92516.3261828051015202530年产量(亿吨)1892198019952001200420072010年份1混凝土发展-挑战混凝土面临的挑战混凝土耐久性功能化自然资源消耗能源消耗废弃资源再生碳排放2机制砂的生产工艺与质量控制--定义机制砂：替代自然资源的有效方式，有利于可持续发展与环境保护。生产领域：工程开采，工程生产应用领域；矿区开采，商品生产应用领域；2机制砂的生产工艺与质量控制--定义机制砂：经除土处理，机械破碎、筛分制成的，公称粒径小于4.75mm的岩石、卵石、矿山尾矿或工业废渣粒，但不包括软质和风化颗粒，俗称人工砂。天然砂：包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂；混合砂：由机制砂和天然砂混合制成的砂；人工砂：机制砂和混合砂的统称。•标准的发展《建筑用砂》（GB/T14684－2001）《建筑用砂》（GB/T14684－2011）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）《公路工程水泥混凝土用机制砂》（JT/T819-2011）首次在国家层面的规范中明确了机制砂的标准，但石粉含量要求严苛；最新有所放松明确在交通行业内河砂不易得到时，也可用山砂或用硬质岩石加工的机制砂，但未对其提出技术要求明确提出用于混凝土工程机制砂的技术要求；针对机制砂颁布其行业标准，明确了其定义，分类与规格，实验方法，检验规则及标志，运输及储存适当放宽了石粉含量2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂相关标准2机制砂的生产工艺与质量控制--国内外不同标准对石粉含量的限定•机制砂的分级与规格；颗粒级配；•含泥量；石粉含量；•有害物质；•压碎指标；坚固性；•吸水率等。什么品质或技术指标是工程所需求的？粉与泥？2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂质量标准机制砂生产工艺及设备2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺及设备碎石生产工艺流程图2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺及设备机制砂生产工艺流程图2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺及设备传统机制生产设备及工艺2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺及设备传统机制生产设备及工艺2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺及设备机制砂及粉尘的生产超粒径碎石破碎机制砂水洗砂普通机制砂2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺优化传统工艺机制砂特点•机制砂颗粒形貌不好，多棱角，针片状颗粒较多，石粉含量不可控制。•机制砂级配不合理，粗颗粒多细颗粒少，呈现“两头大中间小”的态势。•石粉含量不可控，偏高或偏低。2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺优化设备及工艺优化•制砂设备优化•除粉设备优化2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺优化设备及工艺优化破碎工艺优化2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺及设备设备及工艺优化•除粉工艺优化1进料口；2机壳；3平板A；4平板B；5平板C；6透风孔；7出料口；8回风口；9阀门；10法兰；11通风口；12防护板；13管道风档筛孔直径/mm累计筛余/%细度模数风档筛孔直径/mm累计筛余/%细度模数零4.7502.6三4.7502.82.3612.62.3612.61.1838.71.1839.10.6052.00.6057.70.3074.90.3083.30.1583.60.1591.3石粉含量：11.8%石粉含量：5.6%四4.7503.1五4.7503.22.3617.92.3618.81.1848.61.1850.10.6063.40.6067.90.3087.30.3089.80.1594.40.1595.6石粉含量：4.2%石粉含量：3.0%2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺优化制砂原料优化制砂工艺优化多次回笼整形除粉工艺优化高品质机制砂尾矿整体优化后机制砂生产工艺流程2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂的生产工艺优化1、干法收尘本来收尘是消除机制砂生产过程中扬尘对环境的污染。但通过合理布置收尘点，调整吸尘器的风量、电压，也可部分选出机制砂中的石粉，可控制机制砂中石粉含量为7%-10%。实际生产过程中，应选用收尘效果好的收尘器，并根据机制砂中石粉含量的要求，确定收尘器的工况参数。Ⅲ级机制砂可采用干法收尘工艺，这无疑既可节水又可减少污染。2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术2、水洗除粉（湿法）实景图资料图片螺旋式洗砂机特点：能耗低、处理能力高、返砂率低；与轮式洗砂机相比耗水量大，中细砂及石粉流失大，所洗机制砂级配差，细度模数不易控制，产品质量波动较大。2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术2、水洗除粉（湿法）实景图资料图片轮式洗砂机特点：结构简单，具有可调筛网，故障率远低于螺旋洗砂机。与螺旋洗砂机相比，细砂和石粉流失极少，所洗机制砂级配好，细度模数容易控制，产品质量稳定。因此，一般宜选用轮式洗砂机。2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术3、干法除粉HSZ系列干法制砂分级机特点：可替代传统的水洗制砂，即可节水又可减少污染，而且还可根据需要灵活调整砂中石粉含量，选粉精度高，成品中颗粒直径控制在90μm以上，适用于各级制砂生产。2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术关键控制点-振动给料机2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术•关键控制点-振动给料机根据各料场矿山资源情况，通过调整振动给料机筛条间距及条形筛长度，达到不同的除泥效果：2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术•关键控制点-振动筛筛网尺寸2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术筛孔尺寸越大越小细度模数越大，石粉含量越低，生产量越高细度模数越小，石粉含量越高，生产量越低合理筛孔尺寸：3.5~4.0mm2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术关键控制点-除粉工艺2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术•关键控制点-除粉工艺干法分级机轮式洗砂机螺旋洗砂机2机制砂的生产工艺与质量控制--机制砂生产质量控制技术•普通指标对比•特征指标对比•粗糙度高品质机制砂由于粒型较普通机制砂更接近球体，经过颗粒整形工序后其表面粗糙程度降低，棱角更加圆润，使得粗糙度指标低于普通机制砂。高品质机制砂普通机制砂河砂粗糙度/s30.542.823.73机制砂特性及技术控制指标--技术指标对比•颗粒形貌(2.36~1.18mm)普通机制砂3机制砂特性及技术控制指标--技术指标对比•颗粒形貌(2.36~1.18mm)普通机制砂3机制砂特性及技术控制指标--技术指标对比•颗粒形貌(1.18~0.06mm)高品质机制砂3机制砂特性及技术控制指标--技术指标对比机制砂技术指标对比•颗粒形貌(2.36~1.18mm)高品质机制砂机制砂技术指标对比•颗粒形貌(2.36~1.18mm)河砂•球体类似度取样采集数码影像处理为平面图形利用软件逐粒分析汇总计算结果3机制砂特性及技术控制指标--技术指标对比项目不同角度投影图形圆形相似度球体类似度平均值高品质机制砂10.530.500.420.460.480.51………………60.590.580.460.590.55普通机制砂10.550.570.490.570.540.47………………60.420.560.470.530.49河砂10.550.570.480.520.530.57………………60.670.630.620.580.62•球体类似度计算3机制砂特性及技术控制指标--技术指标对比1、含泥量•机制砂含泥量宜小于0.5%。机制砂应采用水洗碎石破碎机制砂工艺制备机制砂，以严格控制机制砂中含泥量。2、石粉含量•机制砂的石粉含量不应小于5%，宜在10%至15%之间，但不应大于20%。亚甲基蓝测试值不应大于1.0。3机制砂特性及技术控制指标--技术控制指标4机制砂混凝土特性•工作性颗粒表面粗糙、级配不良、粒形呈尖锐状，易造成混凝土和易性差，易产生离析泌水，但石粉的存在可以改善机制砂混凝土的工作性（尤其是在低标号、大流态混凝土中）；通过调整机制砂的砂率、矿物掺和料掺量、外加剂的用量，以及合理利用机制砂中的石粉，可以配制出工作性优良的机制砂混凝土。•长期力学性能石粉对机制砂混凝土长期强度增长没有影响4机制砂混凝土的特性•体积稳定性－干缩1、机制砂颗粒在砂浆中起到骨料作用，限制收缩；2、机制砂与水泥石有良好界面，减少应力集中；3、当石粉含量较高时，增加收缩、徐变，降低混凝土的弹性模量。4机制砂混凝土的特性•体积稳定性－徐变徐变受浆体数量、砂率与强度、界面黏结、砂的变形约束等综合影响；7d加荷龄期的机制砂砼徐变小于天然砂砼，但28d加荷龄期的机制砂砼徐变大于天然砂砼。4机制砂混凝土的特性•耐久性-抗Cl-渗透随石粉含量的增加，机制砂混凝土抗渗性提高（低标号砼中更加显著）！4机制砂混凝土的特性5机制砂高性能混凝土应用技术机制砂自密实混凝土钢管拱自密实混凝土自密实片石混凝土机制砂水下抗分散混凝土机制砂抗扰动混凝土机制砂超高墩泵送混凝土机制砂高强高性能混凝土•自密实混凝土是指在浇筑过程中无需施加任何振捣，仅依靠混凝土自重就能完全填充至模板内任何角落和钢筋间隙的混凝土。•混凝土外加剂及复合技术、大掺量矿物掺合料技术、配合比参数优化设计是配制自密实混凝土的关键技术。5机制砂高性能混凝土应用技术5.1机制砂自密实混凝土在传统的坍落度试验中，自密实混凝土在达到260mm以上坍落度、600mm以上扩展度的同时，无离析、泌水现象的发生。自密实混凝土局部特写：无离析、泌水现象发生，石子均匀分布在混凝土中性能优势—依靠自重充填模板，免除了振捣工序：提高了混凝土的成型质量与稳定性，改善了结构耐久性能；加快了大体积混凝土的浇筑速度，提高了效率，缩短了工期；解决了复杂结构以及钢筋密集