機制砂的質量控制及在混凝土中的應用

楊國飛

1 概述

機制砂是指由巖石經爆破破碎、機械破碎，再經篩分后粒徑在5 mm以下的大小不同的顆粒。按照2002年2月1日實施的國家標準GB/T 14684-2001建筑用砂的定義，機制砂屬于人工砂的范疇。也就是說隨著社會經濟的迅速發展，在全國各地加強了環境、資源的保護，對河砂開采進行規范限制，特別是一些地區根本就沒有拌制混凝土用合格的天然中粗河砂的情況下，機制砂大量的生產和使用已經成為大勢所趨。

潞安集團公司后勤中心承擔建設的潞安集團采煤沉陷區治理項目，是國家為解決國有大型煤炭企業中老礦區地面沉陷造成的原有居民的住房問題和環境破壞等問題而出資興建的惠民工程。在其中一些室外工程和路面硬化中廣泛應用了機制砂，取得了比較好的工程質量效果，同時實現了成本的有效控制和節約。

2 機制砂的主要技術指標和試驗檢測

2.1 機制砂的主要技術指標

機制砂技術指標主要包括:顆粒級配(細度模數)、泥塊含量、石粉含量(含亞甲藍試驗)、壓碎指標、有害物質、母巖抗壓強度、表觀密度、堆積密度、空隙率、堿集料活性等。其中前四個指標為常規檢驗項目，每200 m3試驗一次;后六個指標為非常規檢驗項目，一般每半年試驗一次。其技術要求見表1。

表1 機制砂的技術要求

機制砂和天然砂的主要技術指標情況見表2。

表2 機制砂和天然砂的主要技術指標

2.2 主要技術指標生產控制技術

1)顆粒級配(細度模數)。機制砂級配較差，細度模數較大。主要是由于2.36 mm的累計篩余率和0.075 mm的通過率較大。因此要控制機制砂的級配與細度模數關鍵在于對最小級振動篩篩孔尺寸以及除塵(洗砂)強度的調整。篩孔尺寸的調整可靠更換振動篩網完成，除塵(洗砂)強度的調整可靠調節風力(水流量)完成。實踐證明，最小級振動篩篩孔尺寸為3.5 mm時，生產的機制砂的細度模數一般在3.4以內，級配滿足標準要求。2)石粉含量。機制砂在生產過程中，不可避免地附有少量顆粒小于0.075 mm的石粉。按天然砂質量標準，小于0.075 mm顆粒定義為泥，而對泥的含量限制是非常嚴格的。機制砂中的石粉顯然與泥不同，大量試驗研究與工程應用實踐表明:機制砂中含有一定量的石粉對改善中低強度等級混凝土的工作性有較大的幫助，對混凝土強度幾乎沒有影響。但石粉含量較高時，對配制高強混凝土有不利的影響。所以如何去除和控制機制砂中多余的石粉是機制砂生產的關鍵技術之一。目前采用的方法主要有干法收塵和濕化水洗。干法收塵是選用收塵效果好的收塵器，并根據機制砂中石粉含量的要求，確定收塵器的工況參數，但此法只適用于生產Ⅲ類機制砂。機制砂水洗去粉是生產優質機制砂的關鍵技術，但需要注意節水和環保。3)泥塊含量。機制砂中的泥塊主要是由塊石夾帶泥土而來。控制機制砂中的泥塊含量，須做好以下工作:開采礦山時應清除干凈表面植被和泥土;在塊石裝卸過程防止泥土混入;當塊石中混有較多泥土時應人工揀出;塊石應通過振動喂料機，進一步篩除泥土。4)壓碎指標。機制砂的壓碎指標用于衡量機制砂在逐漸增加的荷載下抵抗壓碎的能力，以評價其在工程中的適用性，是間接表達機制砂堅固性的一個重要指標。壓碎指標直接影響所配制混凝土的強度，特別是對于高強度混凝土影響最大。顆粒形狀較好的機制砂壓碎指標值一般在20%～25%范圍內，機制砂中的針片狀含量對壓碎指標值最敏感，非專業機制砂場生產的顆粒針片狀較多的機制砂壓碎指標值一般都在30%以上，甚至更高。拌制普通混凝土應采用壓碎指標值在30%以下的機制砂。生產控制措施主要是選擇母巖抗壓強度高、巖體完整性較好的巖石來制砂。

3 機制砂在混凝土中的應用

3.1 機制砂拌制混凝土的和易性能

用天然砂拌制的低強度等級混凝土，因水泥用量較少和混凝土中細粉料含量不足，混凝土的和易性能相對較差。當用機制砂拌制混凝土時，由于機制砂中粉末較多，機制砂中的粉末恰好彌補了這種不足。粉末不但改善了混凝土和易性，而且粉末吸水，把水貯存起來，減少了拌合物的泌水，粉末的漿體還正好彌補了機制砂表面粗糙的缺陷，減小了砂石之間的摩擦，改善了低強度等級混凝土拌合物的和易性。但隨著粉末含量的增加，混凝土拌合物用水量增加，而且拌合物變的干稠，強度也不能保證，因此機制砂中的粉末含量必須加以控制。

3.2 機制砂拌制混凝土的力學性能

潞安集團采煤沉陷區治理項目工程施工時，在部分單位建筑和室外工程中，在C15，C20，C25混凝土中均大量使用了機制砂，經過對抽取的大量各種試件試驗表明，機制砂混凝土的抗壓強度、彈性模量、劈裂強度、抗折強度等均高于或接近同配合比天然砂混凝土，詳見表3。

表3 機制砂和天然砂的力學性能對比

表4 機制砂和天然砂的抗凍性能對比%

3.3 機制砂拌制混凝土的耐久性能

3.3.1 抗凍性能

機制砂混凝土的抗凍性能優于或接近天然砂混凝土的抗凍性能，詳見表4。

3.3.2 抗碳化性能

機制砂混凝土的抗碳化性能優于天然砂混凝土的抗碳化性能，詳見表5。

表5 機制砂和天然砂的抗碳化性能對比mm

3.3.3 抗滲性能

C25混凝土設計是抗滲標號S8的防水混凝土，通過摻加復合防水劑進行。對用天然砂和機制砂拌制的混凝土分別進行28 d齡期抗滲試驗，抗滲等級都在S10以上。

4 結語

選用質量滿足規范要求的機制砂拌制混凝土，混凝土的各項物理力學指標、施工性能及耐久性能均能達到國家有關標準、規范的要求，混凝土的質量能夠保證。目前在混凝土工程中大量使用機制砂，保證了工程質量，節約了工程成本，取得了良好的社會效益和經濟效益。