【摘要】在我国工程项目施工建设过程中，混凝土是工程建设用量最为广泛的材料之一，而砂、石和水泥等材料又是混凝土的重要组成部分。随着工程建设规模和项目数量的不断增加，河砂作为有限的自然资源十分紧缺，研究应用机制砂已经成为了解决河砂资源的有效措施。研究表明，机制砂具有一定的经济性和适应性，对于工程项目更具有环境效益和社会效益。本文针对机制砂在高速公路、铁路工程混凝土中的应用展开研究分析，希望能够为机制砂混凝土今后的推广应用充实理论依据。
【关键词】机制砂；混凝土；应用；经济性
1.机制砂在高速公路中的应用技术及经济分析
1.1工程概述
该高速公路全长10. 620672Km，起讫桩号K8+400—K19+000，桥遂占44%。线路设计标准采用双向四车道设计时速80Km/h，路基总长5987.5 m,宽度24.5m（分离式12.25m）。桥隧工程有分离式隧道1867.5米／6座，中桥76米／1座，大桥2765米／8座（含分离式立交桥1座），涵洞6道，无互通式立交、无匝道收费站，分离立交4处，无天桥。混凝土总方量约30万方，在混凝土配合比中如果合理的利用机制砂，将会为项目节约大量的建设成本。
1.2机制砂混凝土的性能
该高速公路工程全线C30混凝土总量达15.5万方，全部使用机制砂拌制混凝土将会节约大量成本，本文将以C30水下混凝土（设计坍落度为180mm一220mm）进行试配，经试拌得出了以下结论：
（1）机制砂混凝土在用水量一定的情况下，混凝土强度会随着胶凝材料用量的增加而递增。
（2）混凝土所采用的不同砂率对混凝土拌和物和易性和粘聚性会有显著影响，在同样的水灰比和固定水泥用量时，要达到相同的坍落度、和易性效果，机制砂采用的砂率明显要偏大。
（3）机制砂混凝土的7d抗压强度，随着混凝土的砂率减小强度显著增加。
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表1机制砂混凝土的性能
1.3各种原材料的性能指标
1.3.1细集料
PLTJ-2标段1、2#自加工采石场，技术指标见表。
细集料采用PLTJ-2标 1、2#石料场生产的机制砂，级配良好，压碎值在允许范围内。
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表2 细集料技术指标
1.3.2粗集料
采用PLTJ-2标 1、2#石料场生产的5-31.5mm级配碎石，质地坚硬，性能参数如下。
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表3粗集料技术指标
1.3.3水泥
采用水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥，实测水泥28天强度48.5 Mpa。
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表4水泥技术指标
1.3.4外加剂
采用“JK-2聚羧酸高性能减水剂”（掺量为水泥用量的1%），减水率20%。
1.3.5拌合用水
饮用水。
1.3.6拟用部位
C30水下灌注桩。
1.3制件与养生方法
按照配比把各种符合级配的原材料，经机械拌和均匀、测试坍落度、扩展度、符合设计要求后装入试模，插捣振动密实后抹面，24小时后拆模，然后放入标准养护温度为202℃，相对湿度大于95％的标养室中养生。
1.4机制砂混凝土的配制及性能试验
1.4.1配制强度的计算
根据工程设计和现场施工对混凝土拌和物和易性、坍落度及强度和耐久性等质量要求。机制砂混凝土的配制强度按《普通混凝土配合比设计规程》和《公路桥涵施工技术规范》中的技术参数进行计算，我们所选取的C30水下混凝土（设计坍落度为180mm一220mm）的配制强度为38.2MPa。
1.4.2单位水泥用量的确定
根据机制砂混凝土的配制要求，按《普通混凝土配合比设计规程》选取单位水泥用量。最终，我们选定水泥用量范围为320kg一400kg。
1.4.3混凝土砂率的选取
由于机制砂的特殊性能，在混凝土的砂率选择上往往要和天然砂砂率选取的方法有直接区别，根据机制砂的细度模数，颗粒级配，石粉含量等经对比试验确定。因此为选取合适的砂率，以满足混凝土拌合物具有良好的工作性、和易性及强度。需要对不同砂率的混凝土坍落度和强度进行对比。
在相同水灰比和固定水泥用量的条件下，砂率过大会使混凝土粘聚性增大、缺乏流动性；砂率过小则会使混凝土的骨料裸露，水泥浆不能完全包裹住粗集料，使混凝土变得易于离析泌水。随着砂率的变化，混凝土的抗压强度变化呈抛物线性，当砂率在46％时强度最高，然后又伴随着砂率的增多强度开始降低。依据试验数据和实际工作经验，最后确定选择最佳砂率范围为42%一48%。
1.4.4单位用水量和外加剂掺量的选取
机制砂混凝土单位用水量的选择仍依据天然砂混凝土坍落度要求进行初步选择，但由于机制砂中石粉含量较高、含泥量较大等特殊性能，需水量一般较大。但用水量太大，则会导致混凝土的水灰比增大，混凝土强度得不到保证，而太多的外加剂掺量，会使混凝土易产生离析。因此我们需要通过试验对比，在单位水泥用量不变的情况下，通过调整水的用量和减水剂百分比掺量来改变机制砂混凝土的工作性能。
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表5 单位用水量和外加剂掺量的选取
通过试验得出，机制砂混凝土中水的用量和减水剂掺量对混凝土工作性影响比较大，为了能得到更好的粘聚性和和易性，需要适当的加入外加剂来改善混凝土的工作性。因此，我们选取用水量范围为160 kg一175 kg，减水剂掺量范围为0.6-1.0%。
1.4.5配合比的试配和确定
依据对机制砂混凝土各项指标所做的对比试验，我们将采用三个不同的配合比进行试配，并根据《普通混凝土配合比设计规程》和《公路桥涵施工技术规范》中的要求，确定2号配合比为C30水下机制砂混凝土的设计配合比。
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表6 C30水下机制砂混凝土的设计配合比
1.6施工心得
通过在此高速公路工程中，对机制砂混凝土的使用和探究，可以得出以下经验和结论，以便为今后的施工提供参考和依据。
（1） 由于机制砂的特殊性能特点，在实际施工过程中要严格控制砂的细度模数、石粉含量和含泥量，并在实际施工中通过机制砂性能参数的变化，适时的调整施工配合比，尽量使用合格的并且性能稳定的机制砂料源，以减少在施工过程中对配合比的调整。
（2） 混凝土的砂率对成品混凝土的强度影响较大，应在拌合站拌合混凝土的过程中，尽量使用细度模数较小的中砂，严格控制混凝土的砂率。
（3）在施工过程中严格控制用水量和外加剂掺量，机制砂的特殊性能，决定了其对用水量的敏感性，用水量增加混凝土容易出现早期强度低，耐久性差的现象，而减水剂的用量增加将会出现施工前场和拌合后场坍落度变化大的现象。
（4）机制砂混凝土的在拌制过程中应严格控制拌合时间，一般搅拌时间应在60s—90s，以使机制砂中的石粉充分搅拌均匀，提高混凝土的和易性和工作性，保证混凝土的粘聚性和流动性。
（5）严格控制混凝土构件的拆模时间，在工期条件允许的条件下尽可能的延长拆模时间，保证混凝土在充分水化热反应之后，这样能使混凝土结构物外观光滑，出现镜面效应。
（6） 由于机制砂的特殊加工环境，地表土的清理不干净等原因，会导致机制砂中的含泥量超标，机制砂的含泥量增加将会使机制砂混凝土出现外观发黄、发暗等色差问题，同时机制砂中含泥量的增大拌制出来的混凝土将会出现强度降低，并且混凝土的凝结时间变长的现象，因此，在实际施工过程中要严格控制机制砂中的含泥量。
（7）加强对机制砂混凝土的早期养护，由于机制砂的石粉含量大，在早期拆模后一定要及时进行晒水养护，减少由于养护不及时造成的干缩开裂，提高混凝土的强度和耐久性。
2. 机制砂在铁路中的应用技术及经济分析
2.1工程概况
该题录新建正线全长39.977Km。线路采用国家Ⅱ级铁路标准，目标速度：120Km/h，为单线电气化铁路。施工内容主要包括：桥梁23座、涵洞124座、隧道14座、站房、大型临时设施及过渡等工程。
2.2原材料及配合比
2.1原材料
（1）水泥：P.O 42.5级水泥，其各项指标均符合相关规范要求。
（）粉煤灰： C15—C40采用Ⅱ级粉煤灰，C50以上采用Ⅰ级粉煤灰，其各项指标均符合相关规范要求。
试验表明，虽然石粉含量还是小于5%，但是混合料细度模数任然偏大，粗颗粒越多,级配越不好,配制出的混凝土松散、和易性差，且容易出现泌水及离析现象。为了改善混凝土的性能，我们采用掺加粉煤灰和减水剂改善混凝土的工作性。
2.2配合比选择试验
一般来说，混凝土耐久性与密实度有关，从而评价抗渗、抗裂和电通量。该铁路采用掺入粉煤灰和高效减水剂双掺的方法改变混凝土塌落扩展度、密度、抗压强度、吸附作用等指标，也可以避免由于机制砂含有石粉致使单方水泥用量偏高产生徐变等不利影响。通过大量试验调整，最终选定从C15-C50的混凝土配合比。
2.3试验方法
拌和物试验按《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》(GB／T 50080—2002)进行测试。混凝土抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB／T 50081—2002)进行测试。混凝土耐久性能试验按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）进行测试。
2.4试验小结
抗渗混凝土：渗水压力在1.2MPa共渗透高度平均值在85mm，表明混凝土密实性程度很高。电通量混凝土：其混凝土的电通量都小于规定标准值，也表明混凝土密实性程度很高。
2.5应用
在工程建设过程中，砂石料作为混凝土结果材料的重要组成部分，其质量的优劣对整个工程质量急耐久性具有举足轻重的影响，我们通过大量试验对混凝土耐久性得出如下结论：
严格控制机制砂石粉含量，确保混合料级配良好，通过掺加高效减水剂和粉煤灰可以改善混凝土和易性，拌制出来的C15-C50等级混凝土，其强度和耐久性各项指标均能满足设计及规范要求。该铁路通过就地取材使用机制砂拌制混凝土，降低了工程成本，节约国家投资，创造了良好的社会和经济效益。
参考文献
[1]JGJ55-2011普通混凝土配合比设计规程[S]．中国建筑工业出版社，2011；
[2]GB/T 50080-2016普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S]．中国建筑工业出版社，2016；
[3]GB/T 14685-2011建设用卵石、碎石[S]．中国标准出版社，2011；
[4]GB/T 14684-2011建设用砂[S]．中国标准出版社，2011；
[5]GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S]．中国建筑工业出版社，2009。