CN109279796B - 一种连续包围垛密级配机制砂的设计与制备方法 - Google Patents

一种连续包围垛密级配机制砂的设计与制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种连续包围垛密级配机制砂的设计与制备方法，当颗粒包围数、公称最大粒径和级配序列按本发明的范围取值时，得到2种具有连续包围垛密级配的机制砂设计级配范围。所述的连续包围垛密级配机制砂制备方法，当按照本发明的生产方法进行原料加工、机械破碎、机械筛分、二级除尘和混合制砂时，可制备公称最大粒径4.75mm和2.36mm，细度模数和改进细度模数2.50～2.90，符合连续包围垛密级配要求，球度系数为0.8～0.9的机制砂。本发明有效含砂率为85％～95％，石粉利用充分，具有明显降低机制砂混凝土最佳砂率、节约水泥、改善机制砂混凝土和易性和综合物理力学性能的有益效果。

Description

一种连续包围垛密级配机制砂的设计与制备方法
技术领域
本发明属于机制砂的生产技术领域，具体涉及一种连续包围垛密级配机制砂的设计与制备方法。
背景技术
机制砂生产方式的多样性，导致其级配组成差异很大。按公称最大粒径为4.75mm生产机制砂，机制砂中2.36mm～4.75mm的颗粒含量过多，用其配制的混凝土和易性差，砂率过大，增大砂率会随机制砂用量增加将过多的石粉引入混凝土中，降低混凝土的弹性模量及其它物理力学性能。如果对机制砂的石粉含量控制过于严格，无论采用湿法除尘还是干法除尘方式，工程中不仅难以达到石粉含量控制要求，还造成0.075mm～0.15mm的细砂大量损失，进一步恶化机制砂的颗粒级配，使机制砂混凝土容易离析和泌水，在重要结构混凝土工程中难以应用。
刘崇熙曾经提出一种混凝土骨料连续垛密级配公式，通过调整级配公式中的颗粒包围数，得到的级配与目前已知的各种级配理论相符。但采用连续包围垛密级配设计机制砂的颗粒级配，控制机制砂中的石粉含量，国内外尚未见报导。本发明从机制砂的公称最大粒径控制入手，根据C30～C80机制砂混凝土的水泥用量范围，通过优化连续包围垛密级配中的颗粒包围数，给出了连续包围垛密机制砂的颗粒级配设计及制备方法，为高品质机制砂的生产和在结构混凝土及预应力混凝土工程中应用提供理论和技术支持。
发明内容
本发明的目的是设计和制备适合于C30～C80结构混凝土及预应力混凝土用高品质机制砂，改善机制砂混凝土的和易性，提高机制砂混凝土的物理力学性能。
本发明主要通过以下技术方案实现：
一种连续包围垛密级配机制砂的设计方法，包括以下步骤：
1)根据连续包围垛密理论，建立连续包围垛密级配设计公式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000021
其中，V为各级颗粒的累计筛余百分率(％)；k为相邻两粒级的直径比；m为从公称最大粒径的下一级颗粒开始的级配序列号；n为颗粒包围数；
2)确定机制砂的颗粒包围数，粗集料公称最大粒径＞19mm时，n取5.75～6.25；粗集料公称最大粒径≤19mm时，n取6.25～6.50；
3)级配序列及机制砂公称最大粒径，其取值方法为：粗集料公称最大粒径＞19mm时，机制砂公称最大粒径为4.75mm，级配序列为2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm，m取1、2、3、4、5和6，机制砂的细度模数为2.50～2.90；粗集料公称最大粒径≤19mm时，机制砂公称最大粒径为2.36mm，级配序列为1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm，m取1、2、3、4和5，机制砂改进细度模数为2.50～2.90。
所述的连续包围垛密级配的范围如下：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000031
本发明所述的设计方法中公称最大粒径为2.36mm的机制砂，改进细度模数的计算公式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000032
其中，M′x为改进细度模数；A1，A2，A3，A4，A5，A6和A7分别为4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm筛孔的累计筛余百分率。
在上述设计方法的指导下，本发明的另一个目的在于提供一种连续包围垛密级配机制砂的制备方法，包括以下步骤：
1)根据需要选择机制砂的料源特性和原料规格；
2)采用立式冲击破碎机对原料进行破碎；
3)根据机制砂的公称最大粒径选择双电机驱动直线振动筛和干法二级除尘工艺或气流振动筛和干法二级除尘工艺进行生产；
4)采用圆筒式混合机将半成品与回收细砂混合得到成品机制砂。
在所述的制备方法中原料的选择条件为：石灰岩氧化钙含量≥50％，母岩的抗压强度≥60MPa，吸水率≤1％，表观密度≥2700kg/m3，弹性模量≥6.0×104MPa。
所述的制备方法中原料的规格条件为：生产公称最大粒径4.75mm 的机制砂，优选2.36mm～31.5mm规格的碎石作为加工原料，其4.75mm的通过率≤10％；生产公称最大粒径2.36mm的机制砂，优选2.36mm～19.0mm规格的碎石作为加工原料，其2.36mm的通过率≤10％。
所述的立式冲击破碎机，其转子线速度在30m/s～100m/s范围内可调，生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂时，出料口间隙为4.35mm；生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂时，出料口间隙为3.0mm；所述的立式冲击破碎机的入料粒径与出料口尺寸之比即破碎比为5～8。
本发明所述的制备方法中生产公称最大粒径4.75mm的机制砂，选用双电机驱动直线振动筛和干法二级除尘工艺，所述的振动筛为孔径4.35mm×4.35mm或4.75mm×4.75mm的方孔筛；所述的二级除尘工艺中一级除尘为重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘0.075mm筛孔通过率为85％～95％。
本发明所述的制备方法中生产公称最大粒径2.36mm的机制砂，选用气流振动筛和干法二级除尘工艺，所述的振动筛为孔径3.08mm×3.08mm或2.63mm×2.63mm的方孔筛；所述的二级除尘工艺中一级除尘为气流振动筛重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂；二级除尘为布袋式除尘，排出粉尘0.075mm筛孔通过率为90％～100％。
所述的半成品与回收细砂混合的质量比为80:20～90:10。
所述的机制砂混合过程中含水率控制为3％～5％，混合均匀时机制砂的含水率偏差为平均值±1％。
本发明的有益效果为：
1.本发明利用连续包围垛密理论优化了两种规格的机制砂颗粒级配，制备C30～C45混凝土，选用公称最大粒径为4.75mm的机制砂，最佳砂率为32％～37％，比选用普通机制最佳砂率为40％～48％，节约机制砂用量25％～30％；制备C50～C80混凝土，选用公称最大粒径为2.36mm的机制砂，最佳砂率为36％～38％，比选用普通机制砂最佳砂率为44％～50％，节约机制砂用量20％～30％。
2.本发明优化了机制砂原料加工、机械破碎、机械筛分、分级除尘和混合制砂工艺，制备的机制砂细度模数或改进细度模数波动范围为设计值±0.1，生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂，其0.075mm～4.75mm的有效含砂率为85％～90％，生产公称最大粒径2.36mm的机制砂，其0.075mm～2.36mm的有效含砂率为90％～95％。
附图说明
图1为本发明一个实施例中机制砂的级配曲线范围；
图2为本发明一个实例中机制砂混凝土抗压强度增强效率与石粉含量的关系曲线；
图3为本发明一个实施例中机制砂混凝土弹性模量与石粉含量的关系曲线；
图4为本发明一个实施例中机制砂混凝土劈裂抗拉强度与石粉含量的关系曲线；
图5为本发明一个实施例中机制砂混凝土钢筋黏结强度与石粉含量的关系曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例，对本发明实施技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了实现根据本发明的目的和其它优点，给出了机制砂的颗粒级配、石粉含量及堆积密度设计及实现方法，包括以下步骤：
步骤一、根据颗粒连续包围垛密理论，建立连续包围垛密级配设计公式，确定颗粒级配范围；连续包围垛密级配设计公式为：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000061
其中，V为各级颗粒的累计筛余百分率(％)；k为相邻两粒级的直径比(一般标准筛k＝1/2)；m为从公称最大粒径的下一级颗粒开始的级配序列编号；n为颗粒包围数。其中：
步骤1，机制砂的颗粒包围数n。其中：
(1)粗集料公称最大粒径＞19mm时，优选的是m＝9时连续垛密后通过0.075mm筛孔的剩余体积率为5.0％～10.0％，颗粒包围数n为5.75～6.25。
(2)粗集料公称最大粒径≤19mm时，优选的是m＝8时连续垛密后通过0.075mm筛孔的剩余体积率为14.0％～19.0％，颗粒包围数n为6.25～6.50。
步骤2，机制砂的公称最大粒径、细度模数和改进细度模数。其中：
(1)粗集料公称最大粒径＞19mm时，机制砂公称最大粒径为4.75mm，机制砂的细度模数为2.50～2.90。
(2)粗集料公称最大粒径≤19mm时，机制砂公称最大粒径为2.36mm，改进细度模数为2.50～2.90。其中，改进细度模数等于2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm各号筛上的累计筛余百分率之和除以100。
步骤3，机制砂的级配，根据连续包围垛密级配和机制砂生产工艺要求，机制砂级配范围，其级配组成如表1。
表1机制砂的级配
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000071
步骤二、按照原料加工、机械破碎、机械筛分、二级除尘和混合制砂工艺，生产连续包围垛密级配机制砂，各个工序的关键工艺参数。
其中：
步骤1，机制砂的料源特性和原料规格。其中：
步骤a，石灰岩氧化钙含量≥50％，母岩的抗压强度≥60MPa，吸水率≤1％，表观密度≥2700kg/m3，弹性模量≥6.0×104MPa。
步骤b，生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂，以粒径为2.36mm～31.5mm规格的碎石作为加工原料，其4.75mm的通过率≤10％；生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂，优选2.36mm～19.0mm规格的碎石作为加工原料，其2.36mm的通过率≤10％。
步骤2，机制砂的破碎机械及破碎工艺参数。其中：
步骤a，立式冲击破碎机转子线速度在30m/s～100m/s范围内可调，生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂时，出料口间隙为4.35mm；生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂时，出料口间隙为3.0mm。
步骤b，入料粒径与出料口尺寸之比，即破碎比为5～8。
步骤3，机制砂的筛分与除尘工艺。其中：
步骤a，生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂，选用双电机驱动直线振动筛和干法二级除尘工艺。其中：
孔径为4.35mm×4.35mm或4.75mm×4.75mm的方孔筛。
一级除尘为重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘其0.075mm筛孔的通过率为85％～95％。
步骤b，生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂，选用气流振动筛和干法二级除尘工艺。其中：
孔径为3.08mm×3.08mm或2.63mm×2.63mm的方孔筛。
一级除尘为气流振动筛重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘其0.075mm筛孔的通过率为90％～100％。
步骤4，机制砂的混合制砂工艺。其中：
步骤a，机制砂的生产级配，半成品与回收细砂的比例为80:20～90:10。
步骤b，加湿混合工艺，机制砂的含水率控制为3％～5％，混合均匀时机制砂的含水率偏差为平均值±1％。
本发明提供了一种连续包围垛密级配机制砂设计及制备方法。该方法能够设计和生产出级配连续、空隙率低、细度模数稳定和有效含砂率高的高品质机制砂，达到改善机制砂混凝土的和易性，提高机制砂混凝土的物理力学性能的目标，从而克服机制砂在结构混凝土和预应力混凝土工程中应用遇到的级配波动、砂率过高、石粉含量控制过严的障碍。一种实现形式的总体流程如下：
建立连续包围垛密级配设计公式，设计机制砂的颗粒级配；优化工艺流程、设备选型及工艺参数，生产具有连续包围垛密级配的机制砂；对机制砂及机制砂混凝土的性能进行检验。
一、机制砂的颗粒级配设计
(一)直径比为k的颗粒序列m，最紧密堆积时的颗粒包围数为n，k,m,n与颗粒堆积体积密实度的关系为：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000091
其中，V为各级颗粒的累计筛余百分率(％)；k为相邻两粒级的直径比；m为从公称最大粒径的下一级颗粒开始的级配序列编号；n为颗粒包围数。
具有连续包围垛密结构的混凝土颗粒组成级配，其粗集料、细集料和粉体颗粒应具有统一的级配特征，即在各自的级配序列中具有与混凝土颗粒组成级配序列相同的直径比和颗粒包围数。
等大球体可按简单立方堆积、体心立方堆积、六方堆积和面心立方堆积，根据试验结果其最紧密堆积方式是面心立方堆积，剩余空隙率为37％。采用直径比为0.5的球形颗粒序列进行紧密堆积，当级配序列足够长时，其剩余空隙率可无限接近于零。因此，连续包围垛密级配设计，其级配序列的直径比为0.5。实际级配设计中，级配序列的长度受粗集料最大粒径和粉体颗粒最大粒径的限制。实际工程中，C30～C80混凝土粗集料的最大粒径分两种情况，即公称最大粒径＞19mm和公称最大粒径≤19mm的情况；粉体颗粒主要指机制砂中的石粉、掺合料和未水化水泥颗粒，其公称最大粒径为0.075mm。
根据粗集料的公称最大粒径和粉体材料的公称最大粒径，确定级配序列。级配序列编号从公称最大粒径的下一级粒径开始，编号为m＝1,2,...；当粗集料公称最大粒径＞19mm时，筛孔序列为19mm，9.5mm，4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm，筛孔编号m＝1,2,...,9；当粗集料公称最大粒径≤19mm，筛孔序列为9.5mm，4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm,筛孔编号m＝1,2,...,8。相邻两筛孔的直径比为0.5。
C30～C45机制砂混凝土，水胶比≥0.40，胶凝材料中的水泥可完全水化，0.075mm以下的颗粒主要是石粉和未水化胶凝材料颗粒，所需的0.075mm颗粒的剩余体积率较低。根据混凝土配制经验，C30～C45机制砂混凝土可选用公称最大粒径为26.5mm或31.5mm的粗集料，粗集料的公称最大粒径大于19mm，因此选择筛孔序列为m＝1,2,...,9，0.075mm的剩余体积率为5.1％～10.8％，颗粒包围数n为5.75～6.25。
C50～C80机制砂混凝土，水胶比＜0.40，胶凝材料中的水泥不能完全水化，0.075mm以下的颗粒由石粉和大量未水化胶凝材料颗粒组成，所需的0.075mm颗粒的剩余体积率较高。根据混凝土配制经验，C50～C80机制砂混凝土可选用公称最大粒径为19mm，因此选择筛孔序列为m＝1,2,...,8，0.075mm的剩余体积率为13.9％～19.0％，颗粒包围数n为6.25～6.50。
(二)机制砂的公称最大粒径，由粗集料的公称最大粒径和粗集料堆积所形成的空隙尺寸大小决定，空隙尺寸一般为公称最大粒径的1/6～1/8。因此，粗集料公称最大粒径＞19mm时，机制砂的公称最大粒径为4.75mm；粗集料公称最大粒径≤19mm时，机制砂的公称最大粒径为2.36mm。
机制砂公称最大粒径为4.75mm时，筛孔序列为2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm，m＝1,2,...,6，细度模数为m＝1,2,...,5的各号筛累计筛余百分率之和除以100。公称最大粒径为2.36mm时，筛孔序列为1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm，m＝1,2,...,5，改进细度模数为m＝1,2,...,5的各号筛累计筛余百分率之和除以100。改进细度模数增加了0.075mm的累计筛余。
将上述优选得到的两种公称最大粒径机制砂的颗粒包围数和级配序列代入级配设计公式，即得到机制砂各号筛上的累计筛余百分率。图1为本发明一个实施例中级配曲线范围。
对于公称最大粒径为4.75mm的机制砂，关键筛孔为4.75mm，2.36mm，0.6mm和0.075mm；公称最大粒径为2.36mm的机制砂，关键筛孔为2.36mm，0.3mm和0.075mm。机制砂的公称最大粒径由粗集料的公称最大粒径决定；0.075mm累计筛余由机制砂的石粉含量及混凝土中未水化水泥及其它胶凝材料颗粒含量决定。其余筛孔的累计筛余严格按优选的颗粒包围数确定，以保证形成连续包围垛密级配。
二、连续包围垛密级配机制砂的制备
连续包围垛密级配机制砂是一种性能全面的结构混凝土用砂。为实现根据本发明的目的和其它优点，机制砂按照原料加工、机械破碎、机械筛分、分级除尘和混合制砂工艺进行生产。优化的工艺流程及工艺参数说明如下：
(一)原料加工工艺
机制砂的料源特性直接影响机制砂的性能。本发明将机制砂的料源特性分为基本料源特性、重要料源特性和特殊料源特性。其中：
基本料源特性，包括母岩种类和母岩抗压强度两个方面。母岩种类的选择主要考虑两个方面的因素：一是避免碱集料反应；二是充分利用石粉的活性，节约胶凝材料用量，突破石粉含量的限制。多种火成岩、沉积岩和变质岩的碱硅反应可满足检验要求；含有二氧化硅的母岩，其石粉比表面积足够大时，可具有一定的火山灰反应活性；石灰石粉中的碳酸钙可与硅酸盐水泥中的铝酸三钙及其水化物反应，形成稳定的碳铝酸盐。综合考虑两个方面的因素，优选石灰岩作为生产机制砂的母岩。此外，生产碎石和机制砂的母岩相同时，其级配设计可得到简化，混凝土的性能更加稳定。母岩抗压强度直接影响机制砂的压碎指标和机制砂混凝土的强度，由于机制砂包围在粗集料颗粒周围，混凝土受荷时，机制砂颗粒受到的接触应力较高。因此，机制砂母岩的抗压强度不低于碎石母岩的抗压强度，并且不低于混凝土抗压强度标号值的2倍。本发明的机制砂主要用于C30～C80结构混凝土，母岩的抗压强度≥60MPa。
重要料源特性，包括母岩的表观密度、吸水率和坚固性。优选母岩的表观密度主要考虑两个方面因素：一是机制砂的表观密度与粗集料的表观密度尽量接近，以利颗粒包围填充；二是机制砂的表观密度与胶凝材料的表观密度尽量接近，以避免混凝土成型时石粉上浮。本发明选用的母岩，其表观密度≥2700kg/m3。优选母岩的吸水率主要考虑混凝土的需水性，减少胶凝材料用量和用水量，从而降低混凝土的收缩率。母岩的吸水率与表观密度有一定的联系，本发明选用的母岩，吸水率≤1％。坚固性是机制砂的重要技术指标。压碎指标反映机制砂坚固性的力学方面特征；硫酸钠浸泡循环反映结晶膨胀对体积稳定性的影响，与抗冻性等价。本发明提高了母岩坚固性的要求，优选的母岩其抗压强度和吸水率符合要求时，坚固性可满足要求。因此，本发明不单独提出坚固性指标。
特殊料源特性考虑机制砂混凝土的弹性模量和徐变要求。影响徐变的因素较多，从机制砂的技术角度，提高母岩的弹性模量，降低吸水率，可提高机制砂混凝土的弹性模量，减少机制砂混凝土的收缩、徐变和开裂风险。本发明提出母岩弹性模量≥6.0×104MPa。
机制砂原料加工主要实现三个目标：保证机制砂的料源特性处于受控状态；保证机制砂中的石粉通过亚甲蓝检验合格；保证进入破碎设备的原料规格符合破碎比的要求，由出料口出料的产品全部经过优选的专用制砂机破碎。
为了保证料源特性处于受控状态，生产机制砂原材料时，应按母岩的技术要求进行料源勘察和检验。
机制砂中石粉吸附的亚甲蓝值主要受含泥量及塑性指数控制，经过严格的除土处理，剥离风化层，是降低石粉含量和含泥量的主要途径。
原料规格控制对机制砂的级配实现和颗粒形貌有重要影响。本发明提出了两种规格的机制砂级配要求和专用制砂机的技术要求，其原料规格按破碎比进行控制，保证原料直接筛出的比例≤10％。
(二)机械破碎工艺
本发明综合考虑了挤压破碎、研磨破碎和冲击破碎生产机制砂的颗粒形貌、级配组成及石粉含量，优选冲击式破碎工艺。在冲击式破碎工艺中，综合比较了锤式破碎、反击式破碎和立式冲击破碎三种工艺，优选立式冲击破碎工艺。
立式冲击破碎工艺的关键参数包括：叶轮转子的线速度、落料高度、叶轮与内筒之间的出料口间隙。转子线速度的选择受原料强度、表观密度和弹性模量的影响，本发明提出的转子线速度要求是根据母岩的上述三个料源特性指标提出的，在30m/s～100m/s范围内可调。出料口间隙的调整主要目标是保证生产率和2.36mm以下颗粒的通过率。生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂时，出料口间隙为4.35mm；生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂时，出料口间隙为3.0mm。不同母岩、原料规格及机制砂级配，出料口间隙可在上述范围内适当调整。
(三)机制砂筛分与除尘工艺
本发明设计的连续包围垛密级配机制砂，需要采用专门的筛分与除尘技术来实现。综合比较了湿法筛分除尘和干法筛分除尘的效率、颗粒级配、石粉回收利用率及废弃物处理的技术经济性后，优选干法筛分二级除尘工艺。
生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂，优选双电机驱动直线振动筛，其筛分效率≥90％。筛孔优选孔径为4.35mm×4.35mm或4.75mm×4.75mm的方孔筛。一级除尘优选重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂，其回收率为85％～95％；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘其0.075mm筛孔的通过率为85％～95％，通过率过低时，应减小风量；过高时应增大风量。
生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂，优选气流振动筛，其筛分效率≥90％。筛孔优选孔径为3.08mm×3.08mm或2.63mm×2.63mm的方孔筛。一级除尘优选重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂，其回收率为90％～100％；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘其0.075mm筛孔的通过率为90％～95％，通过率过低时，应减小风量；过高时应增大风量。
(四)混合制砂工艺
混合制砂主要选用圆筒式混合机，其圆筒直径和长度应符合生产效率及混合均匀性的要求。混合机的装料容量≤30％混合筒容积；转速≤80％临界转速。
机制砂半成品及回收细砂的贮存采用筒仓贮存。生产配合比的计量采用电子称准确称量，半成品与回收细砂的比例为75:25～90:10。
优选加湿混合工艺混合制砂，机制砂的含水率控制为3％～5％，混合均匀时机制砂的含水率偏差为平均值±1％。
三、机制砂及机制砂混凝土性能检验
(一)机制砂性能检验
机制砂母岩的性质按照《公路工程岩石试验规程》(JTGE41)的规定进行检验。其中：岩石弹性模量测定采用直径为φ50mm，高径比为2.0～3.0的试件进行，采用应力应变曲线近似直线段的平均斜率表示弹性模量。母岩的化学成份采用《水泥化学分析方法》(GB/T176)进行分析，重点测定石灰岩氧化钙、氧化镁含量，以及二氧化硅、三氧化二铝含量等。
机制砂的性质按照《公路工程集料试验规程》(JTGE42)和《建设用砂》(GB/T14684)的规定进行检验。其中：
公称最大粒径为2.36mm的机制砂，改进细度模数按下式计算：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000161
其中，M′x为改进细度模数，适用于公称最大粒径为2.36mm的机制砂；A1，A2，A3，A4，A5，A6和A7分别为4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm筛孔的累计筛余百分率。
机制砂的颗粒形状系数可用0.15mm～0.3mm，0.3mm～0.6mm，0.6mm～1.18mm，1.18mm～2.36mm，2.36mm～4.75mm单粒级的平均球度系数表示。单粒级的球度系数为：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000171
其中，ψa为机制砂单粒级颗粒的球度系数；γfa为单粒级的紧装相对密度(kg/m3)；γb为母岩的毛体积密度(kg/m3)；D0为单粒级球体最紧密堆积密实度，取0.63。整形良好的机制砂，平均球度系数可达0.80～0.90，有利于颗粒包围填充，达到设计颗粒包围数及连续包围垛密级配的要求。
机制砂中石粉的检验包括：石粉细度、需水量比和活性指数，按《矿物掺合料应用技术规程》(GB/T51003)的规定进行检验。其中：石粉通过0.075mm的含量≥90％，需水量比≤120％，石灰石粉的活性成份含量为：
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000172
其中，fa为石灰石粉中的活性成份含量占硅酸盐水泥用量的百分率(％)；K为硅酸盐水泥中的熟料用量(％)；C3A为硅酸盐水泥熟料中铝酸三钙矿物的含量(％)。优选的石灰石粉，活性成份占普通硅酸盐水泥用量的6％～12％，或硅酸盐水泥用量的7％～15％。
本发明一个实施例生产的连续包围垛密机制砂的基本性质和级配组成如下：选用石灰岩，抗压强度为102MPa，表观密度为2702kg/m3，吸水率为0.6％，坚固性试验质量损失≤5％，弹性模量为7.5×104MPa。该实施例中，机制砂原料规格为2.36mm～16.0mm，采用立式冲击破碎机破碎，采用空气振动筛筛分，按二级除尘工艺进行生产，一级除尘为重力分选，细砂回收率100％；二级除尘采用布袋除尘工艺，混合制砂工艺半成品与回收细砂的比例为80:20，加水量为3％，生产的机制砂改进细度模数为2.94，0.075mm的石粉含量为5.0％，亚甲蓝值0.6g/kg，紧装密度1691kg/m3，空隙率37.0％，其它各项技术指标符合《建设用砂》(GB/T14684)的要求，其颗粒级配组成为：
表2机制砂筛分级配表
筛孔尺寸(mm) 9.5 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15 0.075
累计筛余(％) 0 0.1 8.8 39.0 68.0 78.9 85.6 95.0
(二)机制砂混凝土性能检验
机制砂混凝土用水量检验，上述实施例中，石粉的比表面积为280m2/kg，需水量比为105％，石粉的活性系数为12％。机制砂混凝土最佳砂率及塌落度验证结果如表3和表4。
表3机制砂混凝土塌落度验证结果
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000181
表4机制砂混凝土塌落度验证结果
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000182
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000191
表5为本发明一个实施例机制砂混凝土抗压强度与石粉含量的关系。图2为本发明一个实例中机制砂混凝土抗压强度增强效率与石粉含量的关系曲线，石粉含量为6.2％时增强效率最佳。
表5配合比设计验证试验结果
Figure DEST_PATH_GDA0001912150560000192
图3为本发明一个实施例中机制砂混凝土弹性模量与石粉含量的关系曲线。试验所用的原材料和配合比与表5相同。由于石粉的活性增强作用和采用较低的砂率，混凝土的弹性模量几乎不受石粉含量的影响。表明采用连续包围垛密级配的机制砂可制备高弹性模量混凝土，用于预应力混凝土结构。
图4为本发明一个实施例中机制砂混凝土劈裂抗拉强度与石粉含量的关系曲线。由于石粉的活性增强作用和采用较低的砂率，混凝土的劈裂抗拉强度几乎不受石粉含量的影响。根据大量已知的试验结果，混凝土的抗剪强度与抗拉强度相近，表明采用连续包围垛密级配的机制砂制备的混凝土，其抗拉和抗剪性能几乎不受石粉含量的影响，可用于各种结构混凝土。
图5为本发明一个实施例中机制砂混凝土钢筋黏结强度与石粉含量的关系曲线。机制砂混凝土钢筋－混凝土之间的黏结强度随石粉含量增加而降低。由于石粉的活性增强作用和采用较低的砂率，钢筋－混凝土的黏结强度受石粉含量的影响较小，黏结强度仍较高，符合结构混凝土和预应力混凝土的要求，不需要改变结构配筋设计。
如上所述，根据本发明，由于从设计方法的本质设计了连续包围垛密级配机制砂，制备的机制砂有效含砂率高，级配连续，填充密实，机制砂的空隙率和机制砂混凝土的最佳砂率低。采用本发明的机制砂制备的混凝土，流动性好，弹性模量高，石粉含量的影响小，达到降低混凝土收缩和徐变，提高混凝土抗压强度、抗拉强度、弹性模量、钢筋－混凝土黏结强度的有益效果，节约水泥用量和用砂量效果十分明显。
本发明适用于设计和生产C30～C80结构混凝土和预应力混凝土用机制砂。混凝土的设计强度低于或高于设计范围时，仍可按本发明的连续包围垛密级配设计方法设计颗粒级配，仅需要调整相应的颗粒包围数和机制砂的细度模数。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种连续包围垛密级配机制砂的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据连续包围垛密理论，建立连续包围垛密级配设计公式为：
Figure RE-FDA0002982505680000011
其中，V为各级颗粒的累计筛余百分率(％)；k为相邻两粒级的直径比；m为从公称最大粒径的下一级颗粒开始的级配序列号；n为颗粒包围数；
2)确定机制砂的颗粒包围数n，粗集料公称最大粒径＞19mm时，取5.75～6.25；粗集料公称最大粒径≤19mm时，取6.25～6.50；
3)级配序列及机制砂公称最大粒径，其取值方法为：粗集料公称最大粒径＞19mm时，机制砂公称最大粒径为4.75mm，级配序列为2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm，m取1、2、3、4、5和6，机制砂的细度模数为2.50～2.90；粗集料公称最大粒径≤19mm时，机制砂公称最大粒径为2.36mm，级配序列为1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm和0.075mm，m取1、2、3、4和5，机制砂改进细度模数为2.50～2.90；
公称最大粒径2.36mm的机制砂，改进细度模数的计算公式为：
Figure RE-FDA0002982505680000012
其中，M′x为改进细度模数；A1，A2，A3，A4，A5，A6和A7分别为4.75mm，2.36mm，1.18mm，0.6mm，0.3mm，0.15mm和0.075mm 筛孔的累计筛余百分率；
所述连续包围垛密级配的范围如下：
当筛孔尺寸为4.75mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为0～5％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为0；
当筛孔尺寸为2.36mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为22％～28％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为0～10％；
当筛孔尺寸为1.18mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为39％～48％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为18％～28％；
当筛孔尺寸为0.6mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为52％～63％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为34％～48％；
当筛孔尺寸为0.3mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为63％～73％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为46％～63％；
当筛孔尺寸为0.15mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为71％～81％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为56％～73％；
当筛孔尺寸为0.075mm时，公称最大粒径4.75mm的累计筛余为85％～95％，公称最大粒径2.36mm的累计筛余为85％～95％。
2.根据权利要求1所述连续包围垛密级配机制砂的设计方法，其特征在于，连续包围垛密级配机制砂的制备包括以下步骤：
1)根据需要选择机制砂的料源特性和原料规格；
原料的选择条件为：石灰岩氧化钙含量≥50％，母岩的抗压强度≥60MPa，吸水率≤1％，表观密度≥2700kg/m3，弹性模量≥6.0×104MPa；
生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂，粒径为2.36mm～31.5mm规格的碎石作为加工原料，其4.75mm的通过率≤10％；生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂，选2.36mm～19.0mm规格的碎石作为加工原料，其2.36mm的通过率≤10％；
2)采用立式冲击破碎机对原料进行破碎；所述的立式冲击破碎机的转子线速度在30m/s～100m/s范围内可调，生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂时，出料口间隙为4.35mm；生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂时，出料口间隙为3.0mm；所述的立式冲击破碎机的入料粒径与出料口尺寸之比，即破碎比为5～8；
3)根据机制砂的公称最大粒径选择双电机驱动直线振动筛和干法二级除尘工艺或气流振动筛和干法二级除尘工艺进行生产；
生产公称最大粒径为4.75mm的机制砂，选用双电机驱动直线振动筛和干法二级除尘工艺，所述的振动筛孔径为4.35mm×4.35mm或4.75mm×4.75mm的方孔筛；所述的二级除尘工艺中一级除尘为重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘其0.075mm筛孔的通过率为85％～95％；
生产公称最大粒径为2.36mm的机制砂，选用气流振动筛和干法二级除尘工艺，所述的振动筛为孔径3.08mm×3.08mm或2.63mm×2.63mm的方孔筛；所述的二级除尘工艺中一级除尘为气流振动筛重力除尘，回收0.075mm～0.15mm的细砂；二级除尘为布袋式除尘，排出的粉尘其0.075mm筛孔的通过率为90％～100％；
4)采用圆筒式混合机将半成品与回收细砂混合得到成品机制砂。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述的半成品与回收细砂混合的质量比为80:20～90:10，混合过程中含水率控制为3％～5％。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110420850A (zh) * 2019-09-06 2019-11-08 贵州铁建科技发展有限公司 机制砂的制备方法及其所用的负压法机制砂多级筛分设备
CN111393055B (zh) * 2020-03-26 2021-12-31 中国建筑材料科学研究总院有限公司 用机制砂生产的iso标准砂及其粒度控制方法
CN111847947B (zh) * 2020-07-30 2022-03-18 中建西部建设新疆有限公司 一种砂石骨料级配优化方法
CN113060957B (zh) * 2021-04-12 2023-07-25 广西路桥工程集团有限公司 一种超高性能混凝土用机制砂及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103801444A (zh) * 2013-12-16 2014-05-21 上海西芝矿山工程机械有限公司 一种优质机制砂及优质石粉的生产系统及生产方法
CN103304171B (zh) * 2013-06-13 2015-05-20 南京工业大学 一种可替代天然砂的机制砂制备方法
CN104987002A (zh) * 2015-07-14 2015-10-21 美巢集团股份公司 一种水泥基自流平砂浆级配的方法
CN106892623A (zh) * 2017-03-29 2017-06-27 云南建投绿色高性能混凝土有限公司 用于超大体积结构的偏高岭土混凝土及配合比设计方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5255799B2 (ja) * 2007-09-04 2013-08-07 コトブキ技研工業株式会社 製砂装置、製砂方法及び製砂

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103304171B (zh) * 2013-06-13 2015-05-20 南京工业大学 一种可替代天然砂的机制砂制备方法
CN103801444A (zh) * 2013-12-16 2014-05-21 上海西芝矿山工程机械有限公司 一种优质机制砂及优质石粉的生产系统及生产方法
CN104987002A (zh) * 2015-07-14 2015-10-21 美巢集团股份公司 一种水泥基自流平砂浆级配的方法
CN106892623A (zh) * 2017-03-29 2017-06-27 云南建投绿色高性能混凝土有限公司 用于超大体积结构的偏高岭土混凝土及配合比设计方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
机制砂生产工艺及设备选型研究;孙江涛;《建材世界》;20120630;第61-64页 *
混凝土集料级配包围垛密理论;刘崇熙;《混凝土集料级配包围垛密理论》;19640430;第59-66页 *

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