机制砂在水泥混凝土中的应用分析

机制砂在水泥混凝土中的应用分析

肖坤

四川交投建设工程股份有限公司， 四川 成都 610000

摘 要：本文主要通过对机制砂相关技术指标试验结果的分析，结合机制砂混凝土的实践应用,总结出机制砂的特点与机制砂对混凝土拌合物主要的性能影响因素以及应对措施，验证了机制砂在公路工程建设中使用的可行性。

关键词：机制砂；混凝土；应用分析

根据《四川省高速公路网规划》到2030年，四川高速公路总规模将达到8600公里。在高速公路建设的快速发展要求形势下，而随着国家对环境资源保护的日益加强,自然资源的匮乏，机制砂在公路工程建设中得到广泛应用和推广是势在必行。南充市地处四川盆地东部，地区地材来源主要依托嘉陵江，而嘉陵江天然砂比较匮乏，且多为细砂和特细砂，无法满足国家相关规范的技术要求和工程建设的需要，所以采用卵石轧制的机制砂被广泛地应用在桥涵结构和防护工程等水泥混凝土中。本文将根据机制砂的生产特点和技术性能，分析出其影响混凝土质量的关键因素，总结出为满足混凝土设计和施工要求的一些应对措施，为机制砂在建设工程中的推广和应用提供一些参考。

机制砂技术性能

试验采用的机制砂主要来源于南部县羊角坝砂石厂、老鸦砂石厂、仪陇县盘龙砂石厂、新政陵江砂石厂、西充多扶砂石厂，加工的母材来源主要分布于嘉陵江南充境内的中下游河床，经对加工机制砂的母材取样检测，其饱水抗压强度结果在120-160Mpa之间，非碱活性集料。在对各加工厂的机制砂进行多次现场抽样检测情况来看，虽然各机制砂的加工生产方式不同，除机制砂的颗粒形状有所不同外，其它指标检测无太大的变化。数据统计见如表1和表2所示。

表1 机制砂级配数据汇总表

表2 机制砂检测指标数据汇总表

2、机制砂影响水泥混凝土性能主要技术指标

通过混凝土的拌合试验发现，机制砂影响混凝土性能的指标主要反映在颗粒形状、石粉含量、级配三个方面，如泥块含量、有害物质、密度等这些指标的影响类似于天然砂。

2.1 级配状况和粗细程度对混凝土拌合物的影响

砂子的颗粒级配表示大小颗粒砂的搭配情况，从颗粒组成统计结果分析，机制砂2.36mm和小于0.15mm偏多，而0.3mm、0.15mm的颗粒偏少，级配的不合理对混凝土的和易性的影响相对较大，混凝土易出现泌水、离析等现象，从而影响混凝土质量。机制砂目前基本为中粗砂，细度模数一般在2.5~3.4范围，细度模数太大，则粗颗粒太多，＜0.3mm颗粒太少，级配不合理，混凝土和易性变差。细度模数太小，则＜0.075mm石粉太多，混凝土用水量可能增大，强度降低，收缩增大。也就是说，机制砂中石粉含量的变化是随细度模数变化而发生变化的，细度模数小，石粉含量就高；反之，细度模数大，石粉含量低。砂的粗细程度及颗粒级配粒径越小,总表面积越大,在混凝土中,砂的表面由水泥浆包裹,砂的总表面积越大,需要的水泥浆越多。当混凝土拌合物的流动性要求一定时,混凝土的成本增加，也不利于混凝土的耐久性。

2.2石粉含量对混凝土拌合物的影响

机制砂在生产的过程中不可避免的将产生大量的石粉即小于0.075mm颗粒，但是它与天然砂中小于0.75mm的颗粒性质完全不同，天然砂小于0.075mm的颗粒被称为泥粉，泥粉对混凝土工作性、体积稳定性和耐久性都有不利的影响，而机制砂中的石粉，只要把它控制在适当范围，对混凝土工作性、体积稳定性和耐久性是有宜的。从试验室配制的各个强度等级混凝土配合比试验来看，石粉含量控制在4%-9%范围之内时，混凝土拌合物的流动性随着石粉含量的增大而增大，粘聚性、保水性得到提高。混凝土的强度变化不明显。当石粉含量达到10%或超过时流动性减小，粘聚性、保水性得到近一步提高，而强度下降明显。这充分说明混凝土中石粉含量在超过一定范围时，随着石粉含量的增大，水泥石粉浆体不在起到减少集料之间的摩擦作用，相反增加了混合料的稠度和集料的比表面积，降低了坍落度和水泥浆液包裹集料的能力，从而强度开始下降。这一规律反映出机制砂混凝土拌合物的固有特性。

2.3机制砂颗粒形状对混凝土性能的影响

机制砂由于是机械破碎制成，粒形多呈三角体或方矩体片状颗粒较多，表面粗糙，颗粒尖锐有棱角，这些特性决定了机制砂混凝土性能与天然砂混凝土存在较大差异。虽然颗粒形状差、棱角多的机制砂对集料和水泥的粘结是有利的，但对集料的压碎指标和混凝土的和易性是不利的，特别是强度等级低的混凝土可引起混凝土的较大泌水率，当采用颗粒形状差、棱角多的机制砂配制混凝土时，在混凝土拌合物需水量增大的同时需要提高胶凝材料用量以保证混凝土具有良好的工作性。用水量的增大和胶凝材料的增加将导致混凝土硬化后的收缩、裂缝以及耐久性等。由于各地生产加工机制砂的设备和工艺不同，生产出机制砂粒型和级配可能会有很大的差别。而机制砂的颗粒形状又是影响混凝土性能的重要因素之一，所以优化机制砂的加工设备和工艺是减少针片状含量，降低压碎值，保证混凝土性能的一个重要措施。

3、保障机制砂混凝土性能的措施

通过上述机制砂对混凝土性能影响的分析，结合机制砂自身特点，为了弥补机制砂混凝土的不足，提高混凝土的和易性、耐久性、强度，改善结构物的外观质量。主要采取以下保障措施。

3.1、机制砂的生产控制

机制砂的生产设备宜采用具有石打石原理的制砂机，按照加工设备的特性合理确定生产工艺，通过调试震动筛的角度和筛孔尺寸控制其细度及级配，对于石粉含量的控制应选择湿法轮式洗砂机进行控制，加强生产过程中设备的维护，及时更换磨损设备。

3.2、机制砂技术指标控制

我国对机制砂的应用起步较晚，目前各行业陆续制定了机制砂的技术标准，但技术指标要求不统一，特别是其对级配要求。根据本项目机制砂级配的特点和实际应用情况，机制砂细度宜控制在2.4-3.1之间；在亚甲蓝试验合格或小于1.4时石粉含量控制在4%-8%之间；对于大于C30的混凝土石粉含量宜取低限，小于C30的混凝土石粉含量宜取高限，作为改善普通混凝土和易性的手段。级配推荐范围见表3，其它指标均需满足GB/T 14684-2011《建设用砂》的标准。

表3 机制砂级配推荐表

3.3、水泥指标的控制

水泥品种的选择和指标控制在机制砂混凝土中同样的重要，目前大部分水泥生产厂家采用超磨细的方法来提高水泥的等级，这样就大大的降低了混凝土长期的增长率。所以控制水泥的比表面积在一定的范围是防止混凝土的早期开裂和保障混凝土早期强度及持续增长的必要手段，水泥的比表面积宜控制在300 m²/kg -450m²/kg。水泥中的铝酸三钙含量宜不大于7%，防止水泥结硬化速度过快、发热量过大、降低水泥对外加剂的适应性。其它指标尚应符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》的技术要求。

3.5、机制砂混凝土配合比参数的控制

3.5.1、机制砂混凝土可以通过掺用减水剂来降低用水量偏大这一特性，从而避免因用水量的增多而增加水泥用量。减水剂的掺量应按机制砂中的石粉含量的高低酌情增减，可近似地按混凝土中粉体质量的百分比确定。

3.5.2、机制砂砂率的选取有别于天然砂，应通过机制砂的自身特性如细度、颗粒级配、石粉含量的高低以及碎石的粒径大小综合考虑，幷通过试验确定，一般情况下，机制砂混凝土的砂率在34%-42%之间，也可以按在天然砂混凝土砂率基础上增加2%-4%选取。用机制砂配制泵送混凝土等特种混凝土时应相应增加砂率但注意砂率不宜过高,防止降低混凝土强度和耐久性等工程质量。

3.5.3、由于机制砂中石粉含量的存在，混凝土密实程度得到了很好的提高，因此在进行配合比设计时计算材料的用量宜采用体积法进行计算，当采用假定容重法时，根据试验分析来看约比相应的天然砂混凝土容重高出30-40kg/m³。

3.6、机制砂水泥混凝土施工过程控制

机制砂由于表面粗糙，多棱角，在拌制混凝土时应在拌制天然砂混凝土所需时间的基础上适当的延长20s左右，以便混凝土获得更好的和易性；机制砂混凝土比天然砂混凝土易于离析和产生泌水现象，是因为机制砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、比表面积大，石粉含量高等特点造成，所以在施工振捣时尤要避免过振，梁板施工最好借助附着式振捣设备,以增强混凝土的外表光洁度,减少表面气泡、鱼鳞和水波纹的产生；机制砂的高石粉含量是施工早期混凝土容易发生塑性收缩和干燥收缩变形的主意原因，尤要注意加强混凝土早期的及时养护并适当延长养护时间2-3d.对于施工梁板等暴露构件时尤要注意。

4 结束语

本文只针对本地区机制砂的特点和机制砂对混凝土拌合物性能的影响等作了简单的分析，根据试验实例提出了保障机制砂混凝土性能的技术措施，有一定的地域性和局限性。在今后的工作中还应不断加强研究,以完善机制砂混凝土的各项指标,使其在工程中得以广泛的应用。

参考文献

[1]中华人民共和国质量监督检验检疫总局．GB/T 14684-2011《建筑用砂》.中国标准出版社.2011.8

[2]中华人民共和国交通运输部. JT/T 819-2011《公路工程水泥混凝土用机制砂》.人民交通出版社.2012.1

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.JGJ/T241-2011《人工砂混凝土应用技术规程》.中国建筑工业出版社.2011.7

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部．JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》．中国建筑工业出版社．2011.7