提高機制砂清水混凝土的施工質量

張俊峰

（河南省第二建設集團有限公司，河南新鄉453002）

1 引言

機制砂是由機械破碎、篩分而成的粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，清水混凝土是直接利用混凝土成型后的自然質感作為飾面效果的混凝土[1]。本文介紹了華能羅源電廠一期工程主廠房框架清水混凝土結構的施工，該清水混凝土設計強度為C30～C45，采用泵送法施工。通過現場試驗分析，采取有效措施用機制砂代替天然砂，提高了清水混凝土觀感質量，達到了清水混凝土的質量要求。

2 機制砂的優缺點

2.1 機制砂的優點

機制砂主要有以下優點：（1）可以在現場進行加工生產，通過對母材的選擇、加工機械的選型等方面進行控制，保證生產的機制砂的質量；（2）砂的物理力學性能較好，可以選擇工程場平及基坑爆破過程中花崗巖作為機制砂生產的母材，不能選擇表層的中風化及以上花崗巖，并通過篩分和水洗措施調整機制砂的含泥量，機制砂可以用來生產高強混凝土；（3）根據工程中所用混凝土的要求及生產機制砂的巖石的特點，通過對生產機制砂的設備的選擇控制機制砂的細度模數和顆粒級配。

2.2 機制砂的缺點

機制砂有以下缺點：（1）機制砂含有一定量的泥粉。泥粉顆粒小于0.016mm，在混凝土漿體中起填充作用，但是，由于泥粉為類似海綿的層狀松散結構，吸水率較高，吸水后膨脹，對混凝土的強度及耐久性都會產生負面影響。（2）機制砂表面粗糙，棱角較多；機制砂細度模數多大于3.0，且級配不好。相對于天然河砂生產的混凝土，機制砂生產的混凝土和易性不好，混凝土經常出現蜂窩、麻面等外觀質量缺陷。

3 機制砂清水混凝土常見的質量問題

根據對福州地區及其他電廠施工中機制砂清水混凝土的調查發現，機制砂清水混凝土常見的質量問題如下：表面泌水現象；蜂窩麻面；色差；氣泡；黑斑；花紋斑或粗集料透明層；接縫掛漿漏漿和出現砂帶；表面裂紋。通過與普通清水混凝土出現的質量問題頻次進行對比，發現機制砂清水混凝土更易出現表面泌水及蜂窩麻面的質量問題。

4 機制砂清水混凝土主要質量問題形成原因

坍落度是混凝土和易性的具體指標，而和易性是混凝土眾多指標中最重要的一個指標，機制砂清水混凝土“表面泌水”和“蜂窩、麻面”的主要原因是混凝土和易性差。混凝土和易性包括3方面內容：流動性、黏聚性、保水性。根據機制砂的特性，經過試驗分析確認了影響混凝土和易性的主要原因。

1）機制砂細度模數不符合要求，級配不合理。通過實驗室對不同批次的機制砂共取樣10次進行烘干篩分檢測，發現機制砂的特征是級配不合理，細度模數偏大，棱角較多，比表面積大。

2）機制砂石粉含量及含泥量偏大。經實驗分析，對于強度等級低于C30的混凝土，膠凝材料較少，機制砂中含有10%～15%的石粉可以補充膠凝材料，增加漿體量，改善混凝土的和易性；選擇石粉含量為7%的機制砂，分別添加不同摻量和不同種類的泥粉，觀察機制砂亞甲藍值的變化情況，當含泥量＞1%時，亞甲藍值＞1，因此，泥粉含量對機制砂亞甲藍值的影響非常大。

3）外加劑使用不合理。使用緩凝高效萘系減水劑時，以C30混凝土為例進行不同外加劑含量的試配試驗，結果發現減水率高，泌水率大，均存在不同程度泌水現象。

5 機制砂清水混凝土主要質量問題的防治

5.1 調整機制砂級配

通過實驗分析可知，機制砂細度模數以2.8～3.2為佳。若細度模數太大，則粗顆粒太多，砂的級配不合理，致使混凝土的和易性變差，即使摻入粉煤灰可以彌補上述缺陷，但成本也會相應提高，經濟上不合理；若細度模數太小，則小于0.075mm的細粉過多，需水量增大，混凝土強度降低，水泥用量增加。經過對比分析，當篩沙網的篩孔的實際尺寸控制在5.0mm，經水洗、篩分后，所制砂的顆粒級配及細度模數可以滿足生產要求。

5.2 調整機制砂石粉含量及含泥量

5.2.1 選用含泥量較少的機制砂原材

機制砂生產過程中，由于所選原材為級配碎石生產過程中產生的邊角料，原材料泥粉含量不可控制，造成機制砂泥粉含量較大。因此，生產級配碎石時，要選用石塊，不要夾帶泥土，并避開陰雨天挑選、生產，減少生產過程中的母材含泥量。

5.2.2 調整好機制砂石粉含量

制砂場應用范圍較廣的2種破碎方式的優缺點對比如表1所示。

表1 機制砂破碎方式的優缺點對比表

結合2種類型破碎方式的特點，采用反擊式與沖擊式破碎相結合的破碎方式，從而獲得粒型、級配較好機制砂。以C30混凝土為例，其配合比為：水泥∶粉煤灰∶水∶外加劑∶砂石=298∶90∶125∶4.56∶865，在現場試驗對比不同石粉含量對混凝土性能的影響（見表2）。

表2 不同石粉含量對混凝土性能的影響

混凝土生產過程中應根據混凝土強度等級的變化選擇石粉含量適宜的機制砂，石粉含量太少起不到增加漿體含量、降低混凝土泌水、離析的目的；石粉含量過高會造成需水量增加，混凝土工作性下降。因此，含量不能太高也不能太低，根據試驗數據經討論分析可知，將機制砂中石粉含量控制在10%～15%可以補充膠凝材料，增加漿體量，改善混凝土的和易性。

增加輪斗式洗砂機水洗裝置。為調整機制砂含泥量，在制砂過程中增加輪斗式洗砂機水洗裝置，對篩分過的機制砂進行水洗，減少含泥量。

5.3 調整外加劑

根據以往施工經驗，外加劑主要選用萘系或聚羧酸類減水劑，該類減水劑均能達到減水率高、坍落度損失小，適量引氣，提高耐久性的效果。經試配，外加劑與水泥要有良好的相容性。外加劑應符合GB 8076—2008《混凝土外加劑》和JG/T 223—2017《聚羧酸系高性能減水劑》的規定。由于機制砂相較于河砂表面粗糙，比表面積大，會吸附更多的減水劑，無法達到減水劑的實際減水率，導致用水量增加，強度降低。經過試驗分析，以C30機制砂清水混凝土為例，選用PCA-VI聚羧酸高性能減水劑，用量為1.2%。

6 結語

在天然砂資源缺乏的地區，選用優質的機制砂作為細骨料，使用高性能聚羧酸減水劑等途徑，并進行科學的配合比設計后，混凝土也能達到清水混凝土效果，其綜合效益也是顯著的。通過機制砂在本項目的應用，進一步豐富了機制砂清水混凝土施工的技術經驗，可在其他類似項目中加以推廣、應用。