淺析機制砂在混凝土中的應用

【摘 要】砂是目前混凝土組分中大宗材料之一，包括天然砂和機制砂。由于天然河沙資源日趨枯竭，機制砂作為天然河砂的替代品應運而生，解決了混凝土中天然河砂日趨緊缺的局面。本文論述了機制砂的材料特性，分析了我國機制砂的生產(chǎn)與應用現(xiàn)狀，并提出解決機制砂在現(xiàn)代混凝土應用中出現(xiàn)的問題。

【關(guān)鍵詞】機制砂；混凝土；應用

一、概述

拌制混凝土在我國大多數(shù)地區(qū)運用的是天然砂，天然砂顧名思義不是人為而是自然形成的。天然砂資源是在短期內(nèi)不可再生的，隨著各類工程建設日益的推進和發(fā)展的需要，不少地區(qū)出現(xiàn)了天然砂資源越來越少而匱乏的趨勢，而且砂的質(zhì)量和數(shù)量也不能滿足混凝土用砂的需要，進而影響工程建設的進度和質(zhì)量。從另一方面講，由于砂資源短缺，價格上漲，利益最大化，一些人瘋狂開采超量開采，對環(huán)境造成了污染，又對環(huán)境造成了破壞。而且天然砂分布不均勻，是一種地域性資源，有的地方多，有的地區(qū)根本無自然砂資源，（如貴州、甘肅、長江下游等地區(qū)）大量的混凝土工程，無合格可用的細骨料，不得不開發(fā)機制砂作為混凝土細骨料這一新料源。在鐵路、公路、港口的結(jié)構(gòu)工程中，不論高性能混凝土，還是普通混凝土，機制砂均得到廣泛應用。通過在鐵路、公路、港口工程，使用機制砂作混凝土細骨料，已在建筑行業(yè)有較成熟的經(jīng)驗技術(shù)，已把機制砂應用于不同的工藝和不同的性能的混凝土，機制砂已成為混凝土不可缺少的主要材料。在這種情況下，尋求新砂資源，開發(fā)人工砂已勢在必行。人們就用巖石資源或工程棄置的廢石通過機械加工成機制砂（機制砂的定義下面表述），已成為必不可少的替代資源。本文就混凝土工程中運用機制砂的施工控制以及實際運用進行淺析。

二、機制砂的分析

（1）機制砂的定義。機制砂就是經(jīng)除土處理，由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風化的顆粒，俗稱人工砂。機制砂在生產(chǎn)過程中不可避免的產(chǎn)生一定量的石粉，石粉是機制砂中粒徑小于75μm的顆粒，也就是石頭的粉末。石粉與天然砂中的泥粉不同，石粉與機制砂為同一母巖、礦物成分相同，石粉的顆粒分布也與泥粉有很大的區(qū)別。（2）機制砂總體性能。第一，機制砂表面粗糙、棱角豐富、顆粒形狀差、磨阻力大，混凝土流動阻力大，需要更多的膠凝材料作潤滑劑。因而拌制的混凝土易產(chǎn)生離析；第二，機制砂因生產(chǎn)特性所至，比表面積比自然砂大得多，在同等條件下，對混凝土工作性能影響較大。但也增加了集料與水泥漿之間的粘結(jié)力。第三，機制砂中石粉通常同一產(chǎn)地，同一母巖磨細而成，有活性礦物作用，對增強混凝土和易性、延緩大體積混凝土熱值提前出現(xiàn)，防止混凝土溫度應力裂變有較好技術(shù)效果。第四，機制砂級配不良。通常是兩頭多中間少，即粗顆粒（2.36mm以上）和細顆粒（0.15mm）較多，但中間顆粒（1.18～0.3mm）較少，配制的混凝土易于離析泌水，對混凝土強度也產(chǎn)生不利影響。第五，機制砂的石粉含量的多少，對混凝土物理性能、力學性能、耐久性能均有明顯影響，石粉含量少，混凝土粗糙，和易性差，泌水嚴重，石粉含量過多，導致混凝土干縮快、收縮大、裂紋多，通過摸索和長期經(jīng)驗石粉含量以10%～

15%為佳。

三、機制砂對混凝土性能的影響

（1）混凝土物理性能。機制砂混凝土的物理性能，常常表現(xiàn)出泌水、離析、沉底粘盤等不良現(xiàn)象，對混凝土工藝性能影響極大。（2）泌水離析對混凝土的危害。第一，泌水對混凝土表面危害。混凝土泌水離析、將導致混凝土表面出現(xiàn)水紋流砂等缺陷，同時，在振搗作用下，膠體材料不斷上浮，混凝土底部密實度降低，表面浮漿增多。即出現(xiàn)表面龜裂，從而大大降低了混凝土的抗?jié)B性能。第二，泌水對混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能的危害。由于混凝土有物理性缺陷，表面裂紋、內(nèi)部毛細管道的滲透，空氣中二氧化碳等界子的侵入，從而使混凝土不斷受到侵蝕而碳化，這樣就降低混凝土的使用壽命。機制砂混凝土泌水離析是由于機制砂細度模數(shù)偏大，造成細骨料較少，引起細骨料之間空隙增大，膠體材料的不足而引起自由水上升，導致混凝土出現(xiàn)保水性差，泌水離析等缺陷。（3）解決方法。第一，混凝土配合比方面。適宜增加膠凝材料用量，盡量降低混凝土的砂率，適當增加石粉含量，在不影響其他性能的前提下，使混凝土適量引氣。在保證施工性能的前提下，根據(jù)實際盡量減少單位用水量。提高粉煤灰用量、采用二級及以上粉煤灰，這樣在生產(chǎn)或是調(diào)配時，有明顯的收水表現(xiàn)，提高混凝土和易性，降低了泌水離析的程度。第二，原材料方面。根據(jù)混凝土不同標號，摻入適當細砂，調(diào)整混凝土中細骨料的顆粒級配，減小細骨料間的孔隙及比表面積，具體摻量通過試驗確定。第三，減水劑方面。選用減水率高，坍落度經(jīng)時損失小，與膠凝材料相溶性好，質(zhì)量穩(wěn)定的外加劑，避免混凝土粘聚性差，保水性不好。第四，施工方面。嚴格控制混凝土振搗時間，避免過振或漏振。（4）混凝土和易性的控制。機制砂表面粗糙，棱角豐富、比表面積大，本不適應大流動性混凝土，易產(chǎn)生離析影響混凝土的工作性。但通過加天然砂進行物理改良，選用適宜的外加劑起到減水劑引氣作用；加之石粉活性潤滑密實作用，又使混凝土的物量力學性能、耐久性能得到改善，通過系例的技術(shù)處理，解決了機制砂材質(zhì)不足的矛盾。即在低水泥用量情況下，能配制工作性能優(yōu)異的混凝土。甚至水工混凝土要求石粉含量不低于10%～15%，更有利于混凝土的耐久性。在配制強度等級較高的混凝土時，對機制砂石粉含量要嚴格限制，因為高等級混凝土水膠比小，石粉的存在影響混凝土的工作性，一般石粉含量限制在10%以下。含石粉的機制砂混凝土，其凝結(jié)時間比不含石粉的天然河砂混凝土有所縮短。石粉有一定的活性，能起到惰性摻和料的作用，分散水泥顆粒，降低水化熱，混凝土含氣量和泌水率都有所減小，對保證混凝土質(zhì)量有利。

四、石粉對混凝土的影響

機制砂的石粉含量對混凝土強度確有影響，影響的大小與石粉本身質(zhì)量與數(shù)量有關(guān)，公路、鐵路標準要求不超過5%，貴州地方標準要求不超過8%～10%；水工標準要求是15%；由于各行業(yè)標準差異較大，故從混凝土性能進行試驗分析和驗證，才能真正確定不同性能的混凝土中石粉的質(zhì)量標準及最佳摻量。影響混凝土工作性的因素主要有：（1）石粉對混凝土工作性能的影響。石粉對混凝土也有利的一面，能起到潤滑和填充。石粉對混凝土也有弊的一面，容易影響混凝土的坍落度，主要是水泥、粉煤灰和石粉三者顆粒之間可能發(fā)生的填充效應，使顆粒間的孔隙減少，孔隙水減少，自由水增加，則拌合物漿體的流變性能增大，造成混凝土坍落度損失。（2）石粉對混凝土力學性能的影響。機制砂中的石粉在水泥水化反應中起晶棱作用和微集料填充作用，增加了混凝土的密實度。機制砂中石粉的增加使整個混凝土體系中粉體材料的量增加，形成的漿體量也增加，混凝土有足夠多的漿體去包裹集料。同時在水灰比和膠凝材料不變的情況下，增加石粉的用量會使整個的漿體變得粘稠，使集料之間的粘結(jié)更為緊密，增加了它們的粘結(jié)強度，由此提高了混凝土的強度。（3）石粉對混凝土收縮性的影響。機制砂中的石粉對混凝土中的干燥收縮有兩方面的影響：一是石粉增加了混凝土的漿體總量，增大了混凝土的收縮，對混凝土的收縮產(chǎn)生不利影響；另一方面機制砂中的石粉可以填充到混凝土的孔隙中，起填充效應，增加混凝土結(jié)構(gòu)的密實度，抑制混凝土的干燥收縮，對混凝土的收縮有利。

通過機制砂在混凝土中的運用的淺析，從利弊兩個方面闡述了機制砂的特性，以及優(yōu)劣。機制砂在各種不同性能的混凝土中的實際應用價值，其綜合效益顯著。機制砂可以因地治宜，就地開發(fā)新的料源，滿足了施工生產(chǎn)需要，降低了能源消耗，解決了區(qū)域性缺自然砂資源的矛盾。在使用機制砂拌制混凝土時，一定要嚴格按相關(guān)技術(shù)規(guī)范進行，不能馬虎從事。我們要在機制砂拌制混凝土的運用中，為行業(yè)間不統(tǒng)一的相關(guān)標準，提供研究性試驗經(jīng)驗，為更好的開發(fā)應用機制砂提供條件。

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