機制砂和天然細砂在高性能混凝土中的研究

崔永鋒

（泉州力量混凝土有限責任公司，福建 泉州 362000）

一、機制砂、天然砂混凝土試驗

試驗所需材料：粗骨料是5-31.5碎石（G）；細度模數為3.7的機制砂（Sl）；細度模數為1.8的天然砂（s2）；細度模數為2.5的天然砂（S3其他各項指標都符合優質中砂）；水泥采用的是P.O+2.5水泥（C），且各項性能指標都滿足要求；摻合料為s95礦渣粉（sLga）和II級粉煤灰（FA）；所用減水劑為聚梭酸系減水劑（AD）。

第二，①試驗的方法：膠凝材料總量與摻合料相同，以機制砂、細砂、中砂分別配制混凝土，不摻外加劑讓其達到相同的坍落度（SLumP）時的混凝土需水量（筆者稱不摻外加劑的混凝土用水量為原水），原水結果見表1。

②試驗的方式：膠凝材料總量與摻合料相同，以純機制砂配制混凝土，通過增加砂率或者增加用水量來觀察機制砂混凝土的工作性，混凝土的坍落度（SLumP）、流動度（FLow）具體數據見表2。

（三）試驗結果對比和分析

實驗結果分析表明，機制砂因其較強的吸水率，在水膠比一致的前提下，同天然砂相比，機制砂作為原料的混凝土的拌合物比較干且硬，和易性以及流動性都稍差。將試驗結果進行對比可知，如果決定采用機制砂作為混凝土的配置原料，則適當的提高水膠比，以達到天然砂原料制作的混凝土配合比的設計要求。另外，機制砂的形狀不規則，同天然砂相比，比表面積更大，漿體體積也會更大，故而機制砂混凝土的漿體空隙率要大于天然砂混凝土，且其填充性也不如天然砂混凝土，需要添加細顆粒砂的含量才能制成理想的機制砂混凝土。

試驗中使用的機制砂由于是不同批次的，其級配不同，故而混凝土拌合物的工作性能也存在較大的不同。因此，在采用機制砂配置混凝土時，需要提前做好級配處理，以滿足國家要求的標準及規范，否者，不但無法滿足國家標準，混凝土的質量也很可能不能滿足工作需求。此外，還應將機制砂進行過篩，剔除其中超過4.75mm的顆粒，顆粒在4.75mm到2.36mm之間，則看成碎石。經過過篩之后，確保機制砂的砂率來提高工作性能。

二、機制砂和天然細砂復合配置混凝土試驗

在上述實驗分析的基礎上，可以考慮將天然細砂取代一部分的機制砂，從而將混凝土的拌合物級配提升，然后將改善之后配置的混凝土同純天然砂的混凝土再次進行比較分析。

級配試驗：在該試驗中，天然砂的細度模數為1.8，機制砂的細度模數為3.7，我們分別進行5組試驗，每組試驗中的機制砂和天然砂的比例不一樣，我們依次將它們的比例調配為1∶1、0∶1、1∶0、1∶2、2∶1，這5組的試驗結果在表3及圖1中，試驗結果表明，第1、4、5組試驗結果中配置的混凝土的性能較符合要求，即天然砂和機制砂的比例配置得到的砂細度模數較符合中砂 的細度要求。

三、強度性能試驗

1 試驗所需材料與方式

試驗方式：基于同種膠凝材料適當的調整砂率及外加劑的用量來進行適配，在不斷的適配中改善混凝土的和易性，接下來，對適配的混凝土進行為期不等的幾組抗壓強度試驗，時間通常是3、7、14及28天，同時還要進行為期28天的劈拉強度試驗。試驗結果見表4。

2 試驗結果研究與分析

第一，機制砂在混合砂中的比例不同，混合砂的抗壓強度也會不一樣。抗壓強度的增長趨勢固定，并非隨著混凝土齡期增長而變動，機制砂的摻量則會對混合砂制成的混凝土的抗壓強度存在著影響。摻和料及水膠比一致時，機制砂的摻量增加，那么在混凝土試塊的抗壓強度在3天及7天的時候會出現下降的趨勢，然而在21天之后，試塊的抗壓強度就和天然細砂制成的混凝土的抗壓強度相差不大了。因此，機制砂在前期的抗壓強度弱于天然砂混凝土的抗壓強度，隨著時間的推移，其抗壓強度就會提升，且增速逐漸加快，直至同天然混凝土的抗壓強度大致相同。試塊一般出現水泥膠凝體面及粗骨料粘結這兩種破壞形態，同天然砂混凝土的破壞形態是沒有太大差別。且試塊在經過3到7天的養護之后，其破壞形態是表現在表面上顆粒較大的機制砂，這些機制砂非常顯眼，出現這中破壞形態，主要是機制砂混凝土的自身漿體沒有好的填充性，且機制砂本身的圓潤度就沒有天然砂好，顆粒表面的凈度也不如天然砂，從而機制砂混凝土在早起同水泥膠體間的粘結程度也是相對較差，試塊在早期的抗壓強度也受到影響。然而機制砂本身具有的新鮮巖面，在粗糙的同時，也加大了混凝土集料之間的摩擦力度，集料咬合力增強，機制砂同凝膠材料之間的粘結程度也加大，故而試塊強度隨齡期增長而增長，且速度也不斷增加。機制砂混凝土試塊在后期的抗壓強度甚至可以高于天然砂混凝土試塊的抗壓強度。第二，機制砂的比例對混凝土的劈拉強度的影響。試驗中，混凝土劈拉破壞形態同樣具有水泥膠凝體面及粗骨料間粘結破壞，且同天然砂混凝土的破壞形態不存在太差差別，故而，可以斷定，試塊劈拉強度的主要影響因素之一就是粗骨料的表面形態，細骨料對其影響不大。

表1 不同砂配制混凝土原水

表2 機制砂混凝土工作性

表3 天然砂與機制砂不同比例配制的篩分析

表4 不同比例下機制砂與天然細砂配置混凝土的劈拉強度、抗壓強度結果

圖1 天然砂與機制砂不同比例配制的篩分析圖

結語

第一，在用機制砂進行混凝土的配置時，摻入相應的天然河砂，可有效改善混凝土的性能，若按照天然砂混凝土配合比來進行機制砂混凝土的配置，則需將其用水量以及砂率提升，為了不增加用水量，可適當提高外加劑用量。第二，由于機制砂不規則粒形以及片狀石屑容易對混凝土強度造成影響，對此，在進行配置時，要加強機制砂中這些片狀石屑含量的控制，盡量確保其粒形的規則，最終混凝土的強度才是有保證的。第三，在用機制砂進行混凝土的配置時，需要事先實施人工級配處理，根據機制砂的級配選擇合適的天然細砂，同時適當地將高效減水劑摻量增加，以此有效改善混凝土性能。第四，由于缺乏有關指標檢測以及級配的不穩定容易使混凝土的中工作狀態出現較大的波動，繼而影響其應用，因此，在進行配置時，應對不同批次機制砂質量實施檢測，確保其滿足配置要求，從而進一步保證混凝土應用的可靠性與穩定性。

[l]谷月蘭，賈鵬.人工砂高性能混凝土和天然細砂混凝土的性能研究[J].粉煤灰綜合利用，2009（01）：12-13.

[2]胡曉曼，董獻國.機制砂和細砂在高性能混凝土中的研究[J].混凝土與水泥制品，2012（01）：13-16.