优质花岗岩机制砂在c40超高层泵送混凝土中的技术应用

丁亚飞　唐海华

青岛中联混凝土工程有限公司 山东 青岛 266000

摘 要：用于超高层泵送混凝土的优质天然砂日益枯竭，青岛为丘陵地区，多花岗岩质片区，但普通花岗岩机制砂颗粒粗糙、多棱角，无法应用于超高层泵送。通过在青岛某超高层工程中的应用，证明了使用优质花岗岩机制砂的混凝土性能可满足超高层泵送要求，经济效益显著。笔者希望通过本文对青岛地区超高层泵送混凝土的材料选择提供有效的建议。

关键词：优质花岗岩机制砂；整形工艺；超高层泵送

引言

凝土坍落度损失大，对泵送混凝土和易性和工作性能具有较大考验，普通机制砂显然不能满足超高层泵送要近年来，伴随着城市化建设的加快，优质天然砂日求。通过对机制砂颗粒组成进行定量的筛分分析，各级渐枯竭，机制砂产业发展迅猛，接近90%的混凝土企业配颗粒呈现“两头多，中间少”的情况，得出机制砂的粒都在应用机制砂。但由于普通机制砂因粒形和级配的限形和颗粒级配较差是影响混凝土的和易性和工作性的主制不能广泛地应用于超高层和高强混凝土中，国内外学要原因。青岛本地为多花岗岩片区，如何使花岗岩机制砂者针对机制砂混凝土的性能方面做了大量的研究应用，替代天然砂应用到混凝土中，优质机制砂的推广势在必Donza H等[1]研究了不同石质机制砂混凝土，

得出了花岗岩行，机制砂的“整形工艺”便提上了日程。

机制砂混凝土强度性能最好。丁海峰等[2]通过对机制砂混凝土的相关试验研究，证明了机制砂取代河砂进行混1 优质花岗岩机制砂基本要求

凝土配合比设计是可行的。国外机制砂应用比我国早，日1.1 母岩材料选用

本在上世纪80年代开始将人工砂和天然砂进行混合比为花岗岩机制砂需采用母岩抗压强度大于混凝土设计1∶0.9，到90年代提高了人工砂比例是1∶0.5。张贤传等[3]强度1.15倍的岩石，C50以下强度等级混凝土需采用岩石通过对粗的人工砂进行试验研究得出，将砂率做适当的抗压强度不小于60MPa的II类母岩。

调高对混凝土强度影响较小，但坍落度会变大的结论。

1.2 优质花岗岩机制砂生产流程

青岛某超高层泵送垂直高度超300m，泵管较长，混

普通机制砂生产线出砂效率不高且成品砂质量参差不齐，改良制砂流程，无需大规模拆除原有设备，仅根

收稿日期：2019-6-28

据原始设备定制添加优化设备，极大提高了设备循环利

总124期 2019.10 混凝土世界87

工程应用Engineering Application用率。新型制砂工艺具有较高的可靠性，破碎比大，出砂率高，而且生产出的砂石级配均匀，解决了成品砂“两头多，中间少”的质量不稳定问题，可满足混凝土用砂石质量要求。优化花岗岩制砂工艺流程：

模数2.8，含泥量2.5%，空隙率39%；优质花岗岩机制砂，细度模数2.9，空隙率42%，石粉含量5.8%，亚甲蓝MB值1.25；普通机制砂，细度模数3.5，空隙率45%，石粉含量4.8%，亚甲蓝MB值1.20。优化机制砂颗粒经过整形，比之普通机制砂粒型更加饱满、规则，粗糙度和空隙率也大大改善。试验采用的天然中沙、优化机制砂、普通机制砂3种颗粒粒形的细骨料颗粒形貌表征如图1所示。外加剂：采用昌邑中汇聚羧酸高性能减水剂，减水率27%，经时损水：青岛自来水。失20mm，密度1.04g/cm3。

1.3 优质花岗岩机制砂粒形和颗粒级配

经“整形工艺”的优质花岗岩机制砂拥有良好的粒形和颗粒级配，3种细骨料筛分及级配区对比见表1。

3 配合比设计及工程应用

混凝土配合比设计参照JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》和GB/T50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》进行。以C40天然砂超高层泵送混凝土的配合比为基准，采用花岗岩机制砂替代天然砂，依照理论依据通过适当的试验调整混凝土的和易性来研究优化花岗岩机制砂对超高层泵送混凝土的工作性和抗压强度的影响，基准配合比见表3。

2 试验原材料及性能指标

水泥：采用青岛即墨中联水泥有限公司中联牌P·O 42.5级普通硅酸盐水泥，性能指标见表2。粉煤灰：青岛电厂II级粉煤灰，细度19.1%，需水量比99%，烧失量3.7%。矿比表面积410m2/kg，粉：青钢S95级矿渣粉，密度2.8g/cm3，28天活性指数99%。粗骨料：5～25mm连续级花岗岩碎石,空隙率45%。细骨料：天然砂，细度表观密度2650kg/m3，

3.1 优质花岗岩机制砂混凝土配比设计思路

花岗岩机制砂由于含量不太稳定的石粉的存在，

表 1 细骨料级配情况筛孔尺寸/mm累计筛余/%

0.1590.791.692.3

0.383.477.687.1

0.663.558.977.5

1.1840.234.6.8

2.3622.114.938.3

4.754.80.86.7

种类优机制砂天然河砂普机制砂

级配区II区II区无

表 2 P·O 42.5水泥的物理力学性能指标安定性

（试饼法）合格

比表面积/（m2/kg）350

凝结时间/min初凝 195

终凝 265

3d5.4

抗折强度/MPa

28d 8.7

3d 26.8

抗压强度/MPa

28d 50.3

图 1 天然砂（左）、优化机制砂（中）、普通机制砂（右）88

CHINA CONCRETE 2019.10 NO.124Engineering Application工程应用与水泥、外加剂的适应性问题较为直接的反应在混凝制砂混凝土和易性差加之高压抽送极易使混凝土中砂浆土坍落度经时损失较大，混凝土拌合物坍落度经时损抽离，石子堵塞管道，为满足施工要求，超高层泵送混凝失≤30mm/h；此外，经过前期多次的工程现场试验测土必须具有大流行性、高粘聚性。本文通过研究花岗岩试，泵管长度300余米的高压泵损≤20mm，考虑诸多机制砂适宜超高层泵送的配合比（见表4），目标是优质坍损因素之后，配置超高层泵送混凝土初始坍落度宜机制砂完全替代天然砂，为保证试验结果的准确性，采≥230mm。诸多学者表明配置泵送混凝土用砂宜选取II用对照试验。

区中砂，细度模数宜控制在2.6～3.0范围内，优质花岗岩3.3 工程应用中实测结果分析

机制砂细度模数为2.9在合理范围内，为保证施工和易优质花岗岩机制砂对超高层泵送混凝土和易性的性，设计砂率需提高。

影响（见表5）。从表5的试验结果可知：机制砂混凝土整3.2 配合比试验

体和易性比天然砂要差，砂率为48%时，混凝土和易性采用普通机制砂配置泵送混凝土时，易出现离析、最佳。采用表4中9号最佳配比浇筑青岛某超高层，实测堵泵等现象，不利于工程施工（如图2所示）。这是由于机

混凝土性能良好，完全满足超高层泵送。这是由于砂率

表 3 基准配合比 kg/m3水泥

粉煤灰矿粉机制砂河沙碎石水减水剂300

69

92

0

739

940

180

11.5

表 4 各试验用混凝土配合比编号强度

材料用量/（kg/m3）

等级水胶比砂率/%水泥粉煤灰矿粉优机制砂

优砂占比/%

河砂碎石水减水剂1C400.39443006992007399401809.22C400.39443006992222305179401809.23C400.39443006992369503709401809.74C400.394430069925177022294018010.15C400.39443006992739100094018010.66C400.39453006992756100092318010.67C400.39463006992772100090718010.68C400.3947300699271000018010.69C400.39483006992806100087318010.610

C40

0.39

49

300

69

92

823

100

0

856

180

10.6

表 5 各配合比混凝土和易性状态、工作性、碳化深度及压强值编号初始状态

坍落度/mm扩展度/mm倒置排空T/s28d强度

初始1h初始1h初始1h/MPa1流速快，粘聚性好，静置泌浆230210610530111449.72流速快，粘聚性好，静置泌浆235215620530101450.63流动性较好，稍黏，稍泌浆225200600510151952.44流动性一般，稍黏，不泌浆220190570460182454.75流速慢，包裹性一般，不泌浆215185550430232956.56流速较慢，粘聚一般，不泌浆215190550440222855.17流动性较好，稍黏，不泌浆220195570470192456.48流动性好，包裹性好，不泌浆225200590500172157.39流速快，包裹好，静置不泌浆230205610520141855.710

流速快，粘聚性一般，稍跑浆

235

200

620

500

11

20

54.9

总124期 2019.10 混凝土世界

工程应用Engineering Application图 2 普通机制砂混凝土离析、堵泵状态表 6 工程实测天然砂和机制砂混凝土坍落度、28d强度项目种类天然砂机制砂

出厂225235

坍落度/mm入泵200205

出泵180185

出厂46.451.3

标养28d强度/MPa

入泵45.849.8

出泵46.150.7

出厂42.6.1

同条件28d强度/MPa

入泵42.245.4

出泵43.145.4

28d回弹换算

/MPa

43.246.3

增大改善混凝土整体级配，加之花岗岩机制砂中含量为5.8%的石粉存在，增加了胶凝材料与砂颗粒之间的“包裹层级关系”，空隙率降低，密实度增加，和易性更好；当砂率超过最佳值（48%）时，多余的砂需要更多的水泥浆来包裹，砂浆总比表面积增大，经时损失也越快。

优质花岗岩机制砂对超高层泵送混凝土抗压强度的影响（见表6）。表6中工程实测结果表明：优质花岗岩机制砂混凝土强度要比天然砂混凝土平均高出3～5MPa，这是由于优质机制砂保留了颗粒表面粗糙、比表面积大的特征，与水泥浆的粘结面和粘结力度增强，加之机制砂中石粉的存在，改善了混凝土的包裹层级关系，增强了混凝土的密实度；花岗岩机制砂与粗骨料-花岗岩石子的热学性能一致，也大大提高了混凝土的抗压能力。

优质花岗岩机制砂对超高层泵送混凝土泵送效果的影响。超高层混凝土浇筑过程中搅拌站与施工方共同建立了层高浇筑记录，采用优质机制砂混凝土的高压泵最大排量、主泵送压力、转向压力等参数均比天然砂混凝土高出10%左右，即可满足最佳泵送效果，这与实验中排空时间的比对结果是吻合的。

（2）优质机制砂混凝土拌合物和易性性比天然砂混凝土稍差，经合理调整泵压、排量等参数后，混凝土工作性能完全满足超高层泵送，且表现在混凝土实体结构上的抗压强度比天然砂混凝土高约3～5MPa。

（3）优质花岗岩机制砂混凝土以其优良的性能可应用在普通混凝土生产中，以一商品混凝土搅拌站年产量20万立方米为例，仅细骨料单方降低成本10元左右，每年可降低生产成本约200万元，具有显著的社会经济效益。

参考文献：[1] H DONZA,O CABRERA,E.F IRASSAR. High-strength

concrete with different fine aggregate[J]. Cement and Concrete Research,2002,32(11)：1755-1761.

[2] 丁海峰,程建铝.花岗岩机制砂混凝土的性能研究及应用[J].铁

道科学与工程学报,2016,13(04):682-688.

[3] 张贤传,王安兴,曹海波.选择人工砂混凝土配合比参数的几点

意见[J].辽宁建材,2006(02):32-34.

作者简介丁亚飞，1993年生，山东青岛人，材料科学与工程专业，本科，初级职称，从事机制砂混凝土研究工作。

地址：青岛市市北区长沙路长沙小区27号16号楼2单元

邮编：266000电话：153239772E-mail：yafeiii5188@163.com

结论

（1）优化花岗岩机制砂可以作为细骨料替代天然砂用于超高层泵送混凝土生产中。

90

CHINA CONCRETE 2019.10 NO.124