不同種類的機制砂在混凝土中的應用研究

周全景

（天津市建設工程質量安全監督管理總隊，天津 300000）

0 引言

隨著城市建設的不斷推進，混凝土建筑日益增多，作為非再生資源的混凝土原材料之一的天然河砂越來越少，且河砂的過度開采，會對河床和生態環境造成破壞，違背綠色環保的原則。目前各地已加大對于河砂開采的控制力度，部分地區甚至已禁止河砂開采，為保障混凝土行業綠色、良好、可持續發展，機制砂等新材料的研發和應用迫在眉睫。

機制砂作為天然河砂的替代材料具有許多優點。首先，機制砂生產過程便于控制，通過控制石材種類、生產設備、生產工藝等方法可為混凝土生產企業提供質量（堅固性、顆粒級配、粒形等）穩定的機制砂原材，同時機制砂沒有類似于河砂的含水情況多變等因素，有利于推進混凝土生產過程質量控制。同時，機制砂是由石材破碎而成，粒形多棱角而不規則，經設備整形處理好后對混凝土的工作性能、結構密實性以及強度都有著極大的提高，可大范圍應用于混凝土生產中。

1 原材料選擇

1.1 水泥

本試驗選用天津振興水泥廠 P·O42.5 水泥，其性能指標要求見表 1。

表 1 水泥性能指標

1.2 摻合料

摻入礦物摻合料，可以提高混凝土的流動性和密實性，同時改善混凝土中骨料的界面效應，降低混凝土需水量。尤其是粉煤灰，其微觀形態為圓球形，能夠有效降低混凝土粘度，提高混凝土的流動性，從而改善混凝土泵送性能。礦粉和粉煤灰性能指標見表 2 和表 3。

1.3 骨料

配制混凝土宜選用 Ⅱ 區中砂以及 5～25mm 連續粒級的石子，優質的骨料搭配可以大幅改善混凝土的工作性能，同時提高混凝土內部結構的密實性。試驗用石的性能指標見表 4，天然砂性能指標見表 5，所用石灰石礦石機制砂、鐵尾礦石機制砂和天然砂的篩分結果見表6。

表 2 礦粉性能指標

表 3 粉煤灰性能指標

表 4 碎石性能指標

表 5 天然河砂性能指標

通過三種砂的篩分結果可以對比出，在篩底數量上，兩種機制砂均遠大于天然河砂。這些篩余物質可通過試驗檢測，用于混凝土中，改善混凝土和易性，同時少量替代混凝土摻合料。

1.4 外加劑

本次試驗選用北京金隅科技有限公司生產的聚羧酸外加劑，依據 GB 8076—2008《混凝土外加劑》進行檢測，其性能指標結果見表 7。

表 6 砂篩分結果

2 機制砂中篩余物質替代少量膠凝材料的對比試驗

在機制砂中，含有較多的篩余物質，在理論上可以替代部分粉煤灰，用以替代混凝土中的膠凝材料，使得混凝土內部結構更加密實，從而改善混凝土的工作性能，提高混凝土的強度。

為便于比較，可用簡易需水擴展度的方法來進行比較，即取 200g 粉煤灰（機制砂篩余物質）加 105g 水攪拌，測量擴展度的方法，將機制砂篩余物質與粉煤灰進行對比，對比結果見表 8。

3 機制砂在混凝土中的實際應用

針對兩種不同種類的機制砂，設計 C30、C40 兩個強度等級的配合比（表 9），進行試驗室試配，對比其對混凝土工作性能以及最終強度的影響，見表 10。

表 8 兩種機制砂篩底與粉煤灰性能對比

由上述試配結果可以看出，在工作性能方面，兩種機制砂相對于天然砂而言出機坍落度與拓展度基本一致。1 小時之后坍落度以及拓展度損失基本一致。但在2 小時之后可以明顯看出混凝土的保塑能力：石灰石礦石機制砂拌制的混凝土最優、天然砂拌制的混凝土次之、鐵尾礦石機制砂拌制的混凝土保塑能力最差。在混凝土強度方面：石灰石礦石機制砂拌制的混凝土強度最高，天然砂拌制的混凝土強度次之，鐵尾礦石機制砂拌制的混凝土強度最低。

表 9 混凝土配合比

表 10 混凝土性能結果對比

4 機制砂的制備工藝、生產設備及實際應用

目前，隨著材料技術的不斷發展，機制砂的制備工藝已經相對成熟。總的來說，機制砂的制備大體上包括原料輸送、破碎、整形、篩分等關鍵環節。生產出的機制砂產品性能穩定、指標可控，從產品質量和生產穩定持續性上要比天然砂具備更多的優勢。

5 總結

從上述試驗結果以及各方面論述可以看出，機制砂作為河砂的替代材料，取材廣泛、便捷，制備穩定、連續、可控，具有極強的實際應用性。并且在滿足混凝土工作性能及強度要求的前提下，作為一種惰性材料，機制砂中的篩余物質可以部分替代混凝土中的摻合料，從而達到降低混凝土主材成本的目的。可以大范圍的在實際混凝土生產中進行推廣應用。