機制砂與河砂混凝土性能對比研究

顏廣

（廈門市集美區鴻銘建材有限公司，福建 廈門 361024）

機制砂與河砂混凝土性能對比研究

顏廣

（廈門市集美區鴻銘建材有限公司，福建 廈門 361024）

本文研究了在配合比數據相同的情況下分別使用機制砂、河砂、混合砂配制了 C25、C35、C45、C60 混凝土，研究的性能指標有坍落度、擴展度、1h 坍落度經時損失、壓力泌水率、強度、自然養護的碳化深度、滲水高度比，并對這些指標進行了分析和對比。經過對比分析，機制砂混凝土各項性能可以滿足施工質量要求。

機制砂；機制砂混凝土；性能對比

0 前言

隨著建筑市場對建筑材料的需求不斷擴大，混凝土作為最基礎、最大宗的建筑材料用量是巨大的，河砂作為配制混凝土最重要的地材之一，它的重要性不言而喻。但經過多年不斷開采，天然河砂正在迅速減少，有的地方已經枯竭，很多地區為了保持河流及自然景觀、保護河堤及生態平衡已經禁止開采。且由于枯竭和禁止開采，市場上河砂出現以次充好，淡化海砂冒充河砂等質量狀況日益令人擔憂。因此，研究使用機制砂配制混凝土勢在必行。

機制砂質量穩定、可控、可靠。機制砂原材料均一、砂粒清潔、無泥質雜質污染，具有更好的粒形和合理的級配，能滿足各類混凝土性能要求。機制砂代替天然河砂不僅具有經濟效益同時還具有環境效益和社會效益。為此，混凝土工程技術人員應深入開展對機制砂混凝土性能的試驗研究，為推動機制砂在我省建設工程中的實際應用做出應有的貢獻。

1 原材料和配合比

1.1 水泥

漳平紅獅水泥有限公司生產的 P·O42.5R 水泥 A 及福建水泥股份有限公司生產的 P·O42.5R 水泥 B，其物理、力學性能指標如表 1 所示。

表1 水泥性能指標

1.2 粉煤灰

漳州后石電廠生產的 F 類 Ⅱ 粉煤灰，45μm 篩余20.8%，需水量比 100%，燒失量 1.46%。

1.3 礦粉

三鋼微礦粉（龍海）有限公司生產的 S95 級磨細礦粉，比表面積 410cm2/g，7d 活性指數 76%，28d 活性指數 98%，流動度比 101%。

1.4 粗骨料

廈門同安發發碎石場生產的 5～2 0 m m 碎石和16～31.5mm 碎石，兩者按 4∶6 搭配成連續級配 5～31.5mm碎石，空隙率 42.3%。

1.5 外加劑

廈門科之杰新材料有限公司生產的 Point-S 聚羧酸高性能減水劑，推薦摻量在 1.6%～1.8%，混凝土減水率 28.7%。

1.6 細骨料

本文主要進行對比研究的兩種砂。

（1）機制砂

我公司所屬制砂場生產的機制砂，其物理性能見表 2。

表2 機制砂物理性能

（2）河砂

龍海產河砂，其物理性能見表 3。

表3 河砂物理性能

1.7 拌合水

拌合水使用自來水。

1.8 試驗用配合比

本次試驗 C25、C35 強度等級采用紅獅 P·O42.5R 水泥配制；C45、C60 強度等級采用建福 P·O42.5 水泥配制。C60 采用 5～20mm 碎石配制。每編號配合比平行試驗 6 次，試驗結果以 6 次試驗結果平均值表示。各強度等級混凝土配合比見表 4。

表4 混凝土配合比 kg/m3

2 試驗結果及分析

2.1 試驗結果

試驗結果見表 5。

表5 混凝土試驗結果

2.2 試驗分析

上述試驗分別采用 100% 機制砂，70% 機制砂+30% 河砂，100% 河砂進行試驗平行對比。各個試驗指標影響情況如下。

2.2.1 機制砂摻量對強度的影響

圖 1～4 分別考察了機制砂摻量對 C25、C35、C45、C60等強度的影響。從圖 1～4 看出，機制砂混凝土的強度在配合比參數一致的情況下比河砂混凝土的強度略高，主要是因為機制砂顆粒是采取機械破碎的，表面較粗糙，與水泥漿混合時有著較高的握裹力，而河砂表面較圓滑，握裹力稍差。這是應用機制砂的優勢之一。

圖1 機制砂摻量對C25強度的影響

圖2 機制砂摻量對C35強度的影響

圖3 機制砂摻量對C45強度的影響

圖4 機制砂摻量對C60強度的影響

2.2.2 機制砂摻量對混凝土坍落度的影響

機制砂摻量對混凝土坍落度的影響如圖 5 所示。

(2) 沖擊風場和常規邊界層風場下，干字型輸電塔的風振響應均以兩個方向的一階彎曲振型為主，扭轉響應和高階彎曲響應不顯著。

圖5 機制砂摻量對新拌坍落度的影響

由圖 5 可知，機制砂混凝土的新拌坍落度與和易性要比同等配合比條件下的河砂混凝土略差。由于天然河砂顆粒形狀趨向圓形，表面較圓滑，所以表現出較好的和易性、流動性。這是機制砂應用面臨的問題，在實際應用中可通過配合比參數和提高減水劑性能解決。如適當提高用水量、砂率，提高減水劑的增稠效果等。

2.2.3 機制砂摻量對混凝土擴展度的影響

機制砂摻量對混凝土擴展度的影響如圖 6 所示。從圖 6知，C35、C60 強度等級使用河砂配制的擴展度比使用機制砂配制的擴展度要大，C45 強度等級基本保持一致，C25 強度等級使用機制砂配制的擴展度比使用河砂配制的擴展度要大些?？傮w上使用河砂配制的擴展度要比機制砂配制的擴展度略大，因為河砂混凝土的和易性、流動性比機制砂混凝土的和易性、流動性要好，故其擴展度也相應略好些。

圖 6 機制砂摻量對擴展度的影響

2.2.4 機制砂摻量對混凝土 1h 經時坍落度損失的影響

機制砂摻量對混凝土 1h 經時坍落度損失的影響，試驗結果見圖 7。

圖7 機制砂摻量對坍落度 1h 經時損失的影響

由圖 7 可知，C25、C35、C60 強度等級使用機制砂配制的混凝土坍損均比使用河砂配制的混凝土坍損要大些，C45強度等級使用機制砂配制的混凝土坍損均比使用河砂配制的混凝土坍損要小?？傮w上來講，使用機制砂配制的混凝土坍損要比使用河砂配制的混凝土坍損要大些，是因為機制砂的吸水率要比河砂的大，在配制混凝土后對外加劑有一定的吸附作用，因此外加劑的保坍效果將會減弱。對于這點，在機制砂應用時可以適當提高外加劑摻量予以克服。

2.2.5 機制砂摻量對混凝土壓力泌水率的影響

機制砂摻量對混凝土壓力泌水率的影響試驗結果見圖8。由圖 8 可知，使用機制砂配制的混凝土壓力泌水率和使用河砂配制的混凝土壓力泌水率相比較并無明顯的差異規律。因為機制砂的石粉含量一般控制在 3.5%～6.0%，有較好的保水性。再者，壓力泌水率的大小與外加劑和膠凝材料的適應性有很大的關系，與機制砂的使用并無直接關系。通常在使用機制砂配制混凝土時，偶爾出現離析、泌水比較嚴重的現象，但究其原因均是外加劑超摻或外加劑與膠凝材料不適應所致。

圖8 機制砂摻量對壓力泌水率的影響

2.2.6 機制砂摻量對混凝土 28d 自然養護強度的影響

機制砂摻量對混凝土 28d 自然養護強度的影響，試驗結果見圖 9。

圖9 機制砂摻量對自然養護 28d 強度的影響

由圖 9 可知，使用機制砂配制的混凝土自然養護 28d 強度和使用河砂配制的混凝土自然養護 28d 強度相比較并無明顯的差異規律。混凝土自然養護強度的發展主要受環境溫度、濕度、配合比參數的影響，和機制砂的使用并無直接關系。

2.2.7 機制砂摻量對混凝土自然養護碳化深度的影響

機制砂摻量對混凝土自然養護碳化深度的影響，試驗結果見圖 10。

圖10 機制砂摻量對碳化深度的影響

由圖 10 可知，使用機制砂配制的混凝土自然養護碳化深度和使用河砂配制的混凝土自然養護碳化深度相比較并無明顯的差異規律?；炷磷匀火B護碳化深度主要受環境的溫度、濕度、配合比參數、CO2濃度、構件拆模時間、養護情況等因素影響，和機制砂的使用并無直接關系。

2.2.8 機制砂摻量對混凝土滲水高度的影響

機制砂摻量對混凝土滲水高度的影響。試驗結果見圖11。

圖11 機制砂摻量對滲水高度的影響

由圖 11 可知，使用機制砂配制的混凝土滲水高度和使用河砂配制的混凝土滲水高度相比較并無明顯的差異規律?；炷翝B水高度主要受水膠比、礦物摻合料摻量、養護情況、材料質量等因素影響，和機制砂的使用并無直接關系。

3 結論

（1）機制砂混凝土拌合物性能在相同配合比參數的情況下比河砂混凝土新拌性能略差，但基本滿足施工質量要求。同時也可以采取調整配合比參數和使用高性能減水劑的措施提高拌合物的施工性、和易性從而滿足施工要求。

（2）機制砂混凝土硬化性能在相同配合比參數的情況下與河砂混凝土硬化性能無明顯差異，個別性能如強度則比河砂混凝土略高。

[1] 張承志．商品混凝土[M]．化學工業出版社，2006,6．

[2] JGJ 55-2011．普通混凝土配合比設計規程[S]．

[3] GB/T 50082-2009．普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準[S]．

［通訊地址］福建省廈門市集美區后溪大道 1637 號（361024）

顏廣（1982-），男，廈門市集美區鴻銘建材有限公司主持混凝土技術管理工作。