1緒論1

1.1高性能混凝土的發展1

1.1.1混凝土的發展1

1.1.2高性能混凝土的發展1

1.2機制砂工業的發展3

1.2.1骨料的分類與發展3

1.2.2機制砂工業的現狀5

1.2.3機制砂工業的展望9

1.3機制砂高性能混凝土的發展11

1.4機制砂標準12

參考文獻15



2骨料的岩性及性能17

2.1岩石的分類17

2.2不同岩石骨料的性能18

2.3我國不同地區岩石分布18

2.4石灰岩19

2.4.1石灰岩的分類與特性19

2.4.2貴州地區石灰岩特性及其分布23

2.4.3貴州地區石灰岩母岩的物理力學性能25

2.4.4貴州地區石灰岩岩相與堿活性分析25

2.5玄武岩29

2.5.1玄武岩的特性29

2.5.2玄武岩骨料的物理力學性質30

2.5.3玄武岩骨料的堿活性30

參考文獻30



3機制砂的生產工藝、技術指標及控制32

3.1生產工藝及優化32

3.1.1傳統機制砂生產32

3.1.2機制砂生產工藝改進37

3.1.3泥漿回收工藝42

3.2技術指標48

3.2.1國家標準對機制砂的規定48

3.2.2關鍵技術指標50

3.3品質控制52

3.3.1母岩質量控制52

3.3.2給料機對機制砂MB值的影響52

3.3.3機制砂顆粒級配與細度模數控制52

3.3.4石粉含量的控制53

3.3.5機制砂防離析措施53

3.4機制砂特性54

3.4.1機制砂顆粒形貌及其表征方法54

3.4.2機制砂和河砂的級配和石粉含量59

3.4.3機制砂與河砂的表觀密度、堆積密度、空隙率對比60

3.4.4石粉粒度分布60

3.4.5岩性61

3.5機制砂生產工藝生產案例61

參考文獻64



4機制砂高性能混凝土配合比設計、制備與施工技術66

4.1原材料66

4.1.1水泥66

4.1.2粗骨料68

4.1.3機制砂71

4.1.4外加劑71

4.1.5礦物摻合料73

4.2設計參數選擇76

4.2.1試配強度76

4.2.2水泥品種、強度等級及水泥用量76

4.2.3用水量77

4.2.4砂率77

4.2.5機制砂性能要求及用量77

4.2.6粗骨料用量78

4.2.7礦物摻合料78

4.2.8外加劑78

4.3配合比設計79

4.3.1普通混凝土配合比設計79

4.3.2高性能混凝土配合比設計法則85

4.3.3確定高性能混凝土配合比的方法85

4.3.4機制砂高性能混凝土配合比設計88

4.3.5基於砂漿富餘繫數的混凝土配合比設計方法89

4.3.6基於骨料粒形的機制砂混凝土配合比設計方法91

4.4機制砂高性能混凝土制備關鍵技術94

4.4.1石粉優化技術94

4.4.2機制砂及粗骨料優化技術95

4.4.3礦物摻合料優化技術96

4.4.4外加劑優化技術98

4.5施工技術99

4.5.1機制砂高性能混凝土攪拌工藝100

4.5.2拌合物的運輸101

4.5.3澆築工藝101

4.5.4振搗工藝102

4.5.5養護工藝102

4.5.6施工中常見問題的處理104

參考文獻104



5機制砂高性能混凝土的性能106

5.1工作性107

5.1.1工作性的含義及測定方法107

5.1.2機制砂對混凝土工作性的影響112

5.2力學性能116

5.2.1抗壓強度116

5.2.2抗拉強度119

5.2.3彈性模量120

5.2.4抗壓強度與彈性模量之間的關繫123

5.2.5石粉和機制砂在混凝土中的正負效應125

5.3耐久性126

5.3.1概況126

5.3.2抗裂性128

5.3.3滲透性130

5.3.4體積穩定性133

5.3.5抗凍融性139

5.3.6堿-骨料反應140

5.3.7地下腐蝕環境中的混凝土耐久性144

參考文獻154



6機制砂高性能混凝土的微觀結構156

6.1水化特性156

6.1.1水泥水化硬化機理156

6.1.2水泥水化過程157

6.1.3水泥水化動力學模型161

6.1.4機制砂中石粉對水泥水化的影響162

6.2孔結構特性164

6.2.1孔結構種類164

6.2.2孔結構與宏觀性能的關繫164

6.2.3機制砂中石粉對混凝土孔結構的影響167

6.2.4利用熱孔計法表征混凝土的孔結構167

6.3微觀結構特性175

6.3.1界面過渡區的微觀結構175

6.3.2機制砂中石粉對不同強度等級混凝土微觀結構的影響176

6.3.3石灰岩質骨料混凝土微觀結構特性研究176

參考文獻180



7機制砂自密實混凝土及工程應用182

7.1機制砂自密實混凝土研究應用現狀182

7.2機制砂自密實混凝土原材料的選用184

7.2.1機制砂自密實混凝土之機制砂的選用184

7.2.2機制砂自密實混凝土之其他材料的選用185

7.3機制砂自密實混凝土的配合比設計185

7.3.1機制砂自密實混凝土配合比設計的原則185

7.3.2機制砂自密實混凝土配合比設計的方法186

7.3.3機制砂自密實混凝土配合比參數優化187

7.4機制砂自密實混凝土的性能194

7.4.1機制砂自密實混凝土的工作性及其評價194

7.4.2機制砂自密實混凝土的力學性能196

7.4.3機制砂自密實混凝土的耐久性196

7.5機制砂自密實混凝土的工程應用197

7.5.1機制砂自密實混凝土用於一般工程中197

7.5.2機制砂自密實混凝土用於特殊工程中204

7.6機制砂自密實混凝土在清水河大橋中的應用206

7.6.1工程概況206

7.6.2機制砂自密實混凝土配制關鍵技術207

7.6.3機制砂自密實混凝土在清水河大橋中施工及應用效果209

7.7機制砂自密實混凝土在北盤江大橋中的應用209

7.7.1工程概況209

7.7.2機制砂自密實混凝土配制關鍵技術210

7.7.3機制砂自密實混凝土在北盤江大橋中施工及應用效果212

參考文獻213



8大粒徑骨料機制砂自密實混凝土及工程應用215

8.1大粒徑骨料機制砂自密實混凝土概況215

8.2大粒徑骨料機制砂自密實混凝土原材料要求217

8.2.1水泥217

8.2.2機制砂217

8.2.3粗骨料218

8.2.4礦物摻合料218

8.2.5外加劑219

8.2.6拌合水219

8.3大粒徑骨料堆積計算機模擬與分析219

8.3.1程序整體設計思路220

8.3.2各個模塊的算法描述220

8.3.3堆積參數對大粒徑骨料堆積程度的影響計算分析224

8.4超流態機制砂自密實混凝土配合比設計與制備226

8.4.1超流態機制砂自密實混凝土配合比設計原則226

8.4.2超流態機制砂自密實混凝土性能指標要求226

8.4.3超流態機制砂自密實混凝土配合比設計路線227

8.4.4超流態機制砂自密實混凝土配合比設計步驟227

8.4.5超流態機制砂自密實混凝土的制備228

8.5大粒徑骨料機制砂自密實混凝土性能237

8.5.1超流態機制砂自密實混凝土工作性能237

8.5.2大粒徑骨料機制砂自密實素混凝土構件性能237

8.5.3大粒徑骨料機制砂自密實鋼筋混凝土構件性能239

8.5.4大粒徑骨料機制砂自密實混凝土耐久性能245

8.6大粒徑骨料機制砂自密實混凝土工程應用247

8.6.1畢節至威寧高速公路工程概況247

8.6.2大粒徑骨料機制砂自密實混凝土的性能要求248

8.6.3大粒徑骨料機制砂自密實混凝土現場原材料性能248

8.6.4工程現場應用配合比及基本性能測試248

8.6.5工程現場施工流程及質量控制249

8.6.6現場混凝土性能評價251

8.6.7工程應用總結252

參考文獻253



9機制砂抗擾動混凝土及工程應用255

9.1緒論255

9.1.1定義255

9.1.2抗擾動混凝土的研究意義255

9.1.3車橋耦合振動對混凝土性能影響的研究現狀255

9.1.4貴州地區公路橋梁交通流量特征以及車橋耦合振動效應257

9.1.5抗擾動混凝土研究現狀與存在的問題260

9.2原材料、試驗方法與方案260

9.2.1原材料260

9.2.2試驗與評價方法261

9.2.3研究思路與試驗方案264

9.3模擬車橋耦合振動對混凝土性能的影響265

9.3.1模擬車橋耦合振動對不同性能混凝土的基本力學性能的影響265

9.3.2不同頻率的振動對混凝土性能的影響267

9.3.3不同振幅的振動對混凝土性能的影響271

9.3.4不同的振動模式對混凝土基本力學性能的影響274

9.3.5不同振動作用時間段對混凝土基本力學性能的影響274

9.3.6模擬車橋耦合振動導致混凝土性能損傷的機理研究275

9.4抗擾動外加劑及抗擾動混凝土的研發280

9.4.1抗擾動混凝土的設計思路及研究方案280

9.4.2不同砂漿的抗擾動性281

9.4.3不同種類外加劑對砂漿抗擾動性的影響284

9.4.4抗擾動外加劑的制備284

9.4.5抗擾動混凝土的配制及性能研究288

9.5抗擾動混凝土的作用機理研究290

9.5.1混凝土的黏度290

9.5.2混凝土的凝結時間290

9.5.3混凝土的內部顯微結構290

9.5.4混凝土的微觀分析291

9.5.5水化熱分析293

9.5.6抗擾動混凝土的作用機理293

9.6抗擾動混凝土長期力學性能和耐久性的研究294

9.6.1研究方法294

9.6.2試驗研究結果及分析295

9.7工程應用297

9.7.1工程概況297

9.7.2抗擾動混凝土的性能要求298

9.7.3原材料298

9.7.4工程應用配合比及基本性能測試299

9.7.5工程應用總結299

參考文獻300



10機制砂高強混凝土及工程應用303

10.1機制砂高強混凝土概況303

10.2機制砂高強混凝土的原材料305

10.2.1水泥305

10.2.2骨料305

10.2.3外加劑305

10.2.4 礦物摻合料305

10.3機制砂高強混凝土配合比設計305

10.3.1機制砂高強混凝土配合比設計的基本原則305

10.3.2機制砂高強混凝土配合比設計思路306

10.4機制砂高強混凝土的性能306

10.4.1機制砂高強混凝土的工作性能與力學性能306

10.4.2機制砂高強混凝土耐久性能313

10.4.3機制砂高強混凝土微觀性能315

10.5機制砂高強混凝土在六衝河大橋中的應用319

10.5.1六衝河大橋簡介及施工方案320

10.5.2水文地質條件320

10.5.3原材料加工工藝及性能參數321

10.5.4現場施工配合比及其工作性能324

10.6機制砂高強混凝土在花果園雙子塔中的應用326

10.6.1工程概況326

10.6.2原材料及其性能參數326

10.6.3配合比優化技術329

10.6.4工程應用效果341

參考文獻342



11機制砂水下抗分散混凝土及工程應用344

11.1概況344

11.2原材料345

11.2.1水泥345

11.2.2機制砂345

11.2.3粗骨料346

11.2.4外加劑346

11.2.5礦物摻合料346

11.2.6水346

11.3配合比設計347

11.3.1基本原則347

11.3.2配合比設計方法348

11.4性能349

11.4.1拌合物性能349

11.4.2力學性能351

11.4.3耐久性能352

11.4.4水下抗分散混凝土外加劑與其他外加劑相容性與優化技術355

11.5工程應用359

11.5.1廈蓉高速公路項目AT22合同段水下灌注樁359

11.5.2貴黃公路花魚洞大橋加固工程溶洞處理361

參考文獻368



12機制砂超高泵送混凝土及工程應用370

12.1機制砂超高泵送混凝土泵送理論研究370

12.1.1泵送混凝土流變學模型370

12.1.2泵送混凝土流變學特征372

12.1.3泵送混凝土屈服應力373

12.1.4泵送混凝土塑性黏度373

12.1.5泵送混凝土顆粒集合模型374

12.2機制砂超高泵送混凝土性能及影響因素376

12.2.1機制砂超高泵送混凝土泵送性能及評價指標376

12.2.2機制砂超高泵送混凝土泵送性能影響因素376

12.2.3機制砂超高泵送混凝土其他性能需求379

12.2.4機制砂超高泵送混凝土關鍵問題380

12.3機制砂超高泵送混凝土原材料要求381

12.3.1水泥381

12.3.2礦物摻合料381

12.3.3粗骨料382

12.3.4機制砂382

12.3.5外加劑382

12.4機制砂超高泵送混凝土配合比設計382

12.5機制砂超高泵送混凝土工程應用383

12.5.1赫章大橋工程概況383

12.5.2赫章大橋機制砂超高泵送混凝土性能要求383

12.5.3赫章大橋機制砂超高泵送混凝土現場原材料384

12.5.4赫章大橋機制砂超高泵送混凝土配制技術386

12.5.5赫章大橋機制砂超高泵送混凝土泵送壓力計算389

12.5.6赫章大橋機制砂超高泵送混凝土泵送作業392

12.5.7赫章大橋機制砂超高泵送混凝土施工養護393

12.5.8赫章大橋機制砂超高泵送混凝土全程質量控制394

12.6本章小結395

參考文獻395



後記397

前言

近年來，砂的需求居高不下，我國每年砂石產量已達200億噸，產值約。然而當前機制砂石行業仍面臨質量保障能力弱、產業結構不合理、綠色發展水平低、局部供求不平衡等突出問題。2019年11月11日，工業和信息化部、國家發展改革委、自然資源部、生態環境部、住房和城鄉建設部、交通運輸部、水利部、應急管理部、市場監管總局和國鐵集團等國家十部門發布《關於推進機制砂石行業高質量的若干意見》，指出以機制砂砂石的顆粒整形、級配調整、節能降耗、綜合利用等關鍵技術和工藝為重點，引導機制砂石行業高質量發展。

本書自2015年出版以來，受到廣大讀者歡迎和眾多好評。為適應機制砂及機制砂混凝土行業發展需求及相關讀者的實際需要，我們對全書進行修訂和補充。除了訂正原書的疏漏之外，吸收了一些新的科研與應用成果。關於本書的具體修訂工作，特作以下幾點說明：

1.保持原書的體繫、結構不變；

2.大量更新了機制砂行業發展數據、機制砂及機制砂高性能混凝土的技術指標；

3.新增機制砂相關國家、行業、協會、地方及國外的相關標準；

4.新增機制砂顆粒形貌表征方法，補充機制砂先進生產技術案例；

5.新增機制砂高性能混凝土配合比設計方法與制備關鍵技術。

再版由同濟大學蔣正武教授等人編著與修訂，修訂的具體分工為：同濟大學蔣正武修訂第1章、第6～10章；貴州大學梅世龍修訂第2章、第11章、第12章；同濟大學任強修訂第3～5章。同濟大學何倍、張翼、鐘翼進、鄭喬木等人參與資料、文字整理等工作，在此一並感謝。

限於編者水平，書中疏漏難免，敬請讀者批評指正。



蔣正武

2020年4月於上海





版前言

混凝土是世界上宗的人造建築結構材料，其逐漸向著高性能、超高性能方向發展。隨著現代工程結構向大跨度、高聳、重載方向發展以及惡劣環境條件的需要，高性能混凝土已廣泛應用於高層建築、市政、橋梁、港口、地下、海工等工程中。2012年，我國水泥熟料產量12.79億噸，水泥產量21.84億噸，混凝土用量達到60億噸以上。骨料作為混凝土中主要的組成之一，受自然資源的限制，尤其在我國西南、南部等地區，以河砂為主的天然砂越來越無法滿足未來持續增長的混凝土用量需求。隨著混凝土技術發展、自然資源短缺與環境保護的需求等問題，采用機制砂全面替代河砂已成為混凝土行業可持續發展的一種必然趨勢。全面研究機制砂的生產工藝、特性、技術指標及機制砂高性能混凝土技術，不僅對我國混凝土技術發展提供理論支撐與技術指導，而且對提高我國混凝土結構工程的長期耐久性與使用壽命具有重要的指導意義。

在貴州省交通廳及其他眾多科研項目的資助下，結合在我國不同地區，根據貴州地區的多年機制砂高性能混凝土工程應用實踐，本書全面分析了混凝土技術及我國機制砂工業發展現狀與趨勢，論述了骨料岩相及典型岩性骨料的技術性能；全面論述了我國機制砂的生產工藝、技術控制指標及特性，重點闡述了機制砂高性能混凝土配合比設計、生產與施工技術，論述了機制砂高性能混凝土的工作性、力學性能及耐久性等，全面闡述了機制砂高性能混凝土的微觀結構及其與性能的關繫；全面講述了機制砂特種高性能混凝土配合比設計、制備、生產及其在典型工程中應用技術，主要包括機制砂自密實混凝土、大粒徑骨料機制砂自密實混凝土、機制砂抗擾動混凝土、機制砂高強混凝土、機制砂超高泵送混凝土等。本書將專業理論基礎與專業實踐知識有機地結合在一起，具有科學性、知識性、先進性與實踐性、趣味性。本書可供建築結構、土木建築、港口水運、水利工程、橋梁市政、建築材料、工程管理等專業從事混凝土材料、混凝土施工等領域的研究、教學、設計、施工、生產等科技人員、大專院校師生和研究生參考。

本書由同濟大學蔣正武教授等編著，編著的具體分工為：同濟大學蔣正武編寫第1章、第3章、第6～10章；貴州高速公路集團有限公司總工程師梅世龍博士編寫第2章、第4章；貴州建工集團廖衛紅總工程師編寫第5章；貴州建工集團分公司張義勇高工編寫第11章、傅亞松高工編寫第12章。同濟大學博士、碩士研究生鄧子龍、袁政成、楊凱飛、嚴希凡、韓超、黃青雲、肖鑫、田曼麗、周磊等同學參與了資料、文字整理等工作，在此一並感謝。本書由蔣正武統稿。

本書的內容不僅是作者多年來從事混凝土材料領域的理論研究、科研與工程實踐的積累，也參考國內外大量的技術資料文獻，在此一並向相關作者與研究機構表示謝意。另外，由於我們水平有限，書中不當之處難免，還望廣大讀者不吝賜教、指正。



編者

2014年8月