機制砂在混凝土中的應用

植 恒

廣東基礎新世紀混凝土有限公司

1 前言

近年來，隨著我國工程建設的不斷發展，砂的用量正不斷攀升，天然砂被大量開采，導致我國可開采的天然砂資源日益枯竭。由于天然砂資源日益減少，機制砂作為一種新型建筑材料正持續進入建材市場。機制砂是經除土處理、由機械破碎、并篩分制成粒徑小于4.75mm、顆粒級配穩定、可調的巖礦顆粒，但軟質、風化顆粒除外。機制砂的原材料中可加入礦物廢渣、建筑垃圾，減少了固體廢棄物對環境造成的污染，此外，機制砂還可利用豐富的巖石資源，實現資源合理優化配置，降低工程成本，值得被大范圍推廣應用。

2 機制砂的特點

機制砂作為天然砂的替代品，它具備混凝土用砂的一些特性，但與天然砂有本質的區別，具體表現在以下幾個方面。第一，機制砂粒形多變且不規則，表面不夠細滑，顆粒粗糙，棱角多，有利于與混凝土或砂漿等砂制品中其他有效成分的緊密結合，提高成品的強度。第二，機制砂的顆粒粗細和級配都是可以隨時調整和改進，以滿足混凝土用砂的要求。第三，機制砂可嚴格控制砂中有害的泥土含量，還可添加對對混凝土有益的石粉，改善天然砂中泥土超標導致混凝土和易性差的狀況。機制砂在我國得到迅速發展，國家還出具了機制砂標準，各省市紛紛以國標為依據制定了機制砂的地方標準，建筑、交通等行業也增加和修訂了關于機制砂的行業標準。目前，我國建筑用砂大部分以機制砂為主。據現有的建筑數據顯示，機制砂已經可配制出設計強度從C10～C70 的機制砂混凝土，配制出跨度達64m 的預應力混凝土梁。據現有實驗室機制砂混凝土方面數據顯示，設計強度為C100的機制砂混凝土90d實際強度達到155MPa。

3 機制砂的主要技術指標對混凝土的影響分析

混凝土是現今最大宗的建筑原材料，混凝土年產量已經超過40億立方米，龐大的混凝土生產需要大量的砂石原材料。業內人盡皆知，我國的砂、石質量普遍較差，天然砂石不斷被開采，優質天然砂石日益匱乏，砂石粒徑越來越不能滿足工程建設的需要，機制砂順勢而生。然而，機制砂生產的砂石含量質量不穩定，生產設備落后，生產速度跟不上建設速度，再加上混凝土生產企業管理人員認為水泥是影響混凝土質量的根本，控制住水泥質量就能控制住混凝土質量，普遍重水泥等主要膠凝材料，輕砂石，其實，混凝土中砂石質量占70%左右，是影響混凝土質量的關鍵。機制砂已廣泛應用在混凝土結構中，但在應用中應注意以下幾個問題。

3.1 顆粒級配

砂的粗細是指砂的粒徑大小，砂粒徑過大配成的混凝土，其拌和物的和易性不好控制，砂粒徑過小配成的混凝土，其強度會顯著降低。砂的級配，是指砂中不同粒徑顆粒的搭配分布情況。在混凝土中砂粒之間的空隙是由膠凝材料漿體所填充的，如果砂的自然級配不合適，砂之間的空隙較大，導致凝膠材料用量攀升，混凝土性能方面也會大打折扣。

3.2 含泥量

泥常包裹在砂粒的表面，阻礙砂與水泥石之間的黏結，導致混凝土的強度大大降低，此外，泥的吸水性比砂強，拌和用水明顯增加，泥的比表面積大，拌和后流動性差，泥吸水后硬度剛度都不夠，耐久性也不強，泥含量多時會大大增加水泥用量，且還會引發混凝土的干縮與徐變。砂子含泥對混凝體的強度影響很大，那是因為泥質組分沒有砂石本身的硬度，也不能象水泥一樣遇水硬化，只能給混凝土帶來一定數量的孔隙和空洞，增加了混凝土的空隙率，嚴重影響混凝土的強度。砂子含泥對混凝土外加劑也有一定的影響。砂子中泥質組分與混凝土膠凝材料具有一樣的吸水性能，而在混凝土配合比設計時，并沒有把泥質組分的吸水問題考慮進去，因此，外加劑的推薦摻量已經不能保證混凝土的流動性。為了實現混凝土預拌合物的流動性能，必須得增加凝膠材料中外加劑的實際添量，但由于含泥量、泥土吸水性能的不確定性，外加劑的摻量無法準確定量，以致混凝土的最佳效果無法保證。此外，砂子含泥對砂率影響也大，滿足不了混凝土用砂的要求。混凝土配比設計時沒有考慮泥土的數量問題，因此，砂子的實際摻量小于推薦摻量，混凝土預拌合物的實際砂率偏小，導致混凝土中漿體對石子的包裹性變差。含泥過多的砂子根本不能成為混凝土的合格原材料。總之，混凝土用砂含泥量應該控制在一個合理的范圍內，國標GB/T 14684《建設用砂》對含泥量和泥塊含量按混凝土用砂等級進行了明確規定，一些行業標準也紛紛就混凝土用砂中含泥量與泥塊含量做了細化。

3.3 含水量

機制砂的合理含水量為7%±1%，如砂中含水量超標，多余水分會導致砂子出現容脹現象，在混凝土配合比設計或實際生產中，并沒有考慮這些多余水分的問題，混凝土預拌混合時還是參考配合比推薦摻水量執行，以致混凝土拌合物出現離析滲水現象，工作性能變差。除此之外，砂子含水超標對混凝土預拌合物的其他成分也有影響，比如，過多水分可使外加劑被稀釋，混凝土凝固后由于這些水分蒸發，外加劑會隨水分揮發掉部分，致使外加劑的有效摻量減低，混凝土拌合物的流動性變差。

3.4 有害物質

砂中一些有害物質或多或少會影響混凝土的性能，比如稻草、樹根、樹葉、根莖、塑料、爐渣、煤渣等雜物會增加混凝土的空隙，降低混凝土的強度。砂中云母含量會大大降低混凝土的抗凍、抗滲能力，砂中硫酸鹽或硫化物會大大降低混凝土的耐久性。

3.5 活性氧化硅

活性氧化硅也是混凝土用砂的重要技術指標，它們不僅會與骨料中堿性物質反應，還會外加劑中的鉀、鈉離子反應，導致混凝土的性能受損，因此，混凝土用砂必須專門對活性氧化硅含量進行檢測，同時根據活性氧化硅含量及時采取一些補救措施，比如，可使用含堿量小的水泥，采用能抑制活性氧化硅反應的摻和料。

3.6 堅固性

砂的堅固性是指砂自身在外力作用下抵抗破壞的能力，砂堅固性質量損失率過高的話，其配制出的混凝土抗疲勞、耐磨、抗沖擊、抗腐蝕、抗高溫、抗高濕的能力就會大大減弱。

綜上所述，在制備混凝土拌合物時，適宜選用級配良好、堅固性好、雜質含量低、有害物質少的機制砂，以保證混凝土強度。

4 改善混凝土用砂質量的措施

4.1 嚴格控制機制砂質量

機制砂的原材料、加工設備、加工工藝存在一定的差異，其顆粒級配、粗細、性狀、石粉含量等均有很大的差別，如果也簡單和湊合使用就會產生不同的效果。由于機制砂質量指標區別較大，機制砂應用過程中存在很多問題。首先，我們需要嚴格按照國家現有標準要求執行。其次，機制砂的各項質量指標需要按照行業標準進行檢測。最后，應根據顆粒級配原理生產出高品質的機制砂。

4.2 保證機制砂顆粒級配合理

前文中提到顆粒級配良好的機制砂配制混凝土需水量小，和易性好。目前，我國利用石屑制成的人工砂很多，只要生產工藝夠先進，嚴格控制機制砂的多項指標，生產出品質優良的機制砂，對于那些級配不合適，堅決不能遷就使用。要想達到混凝土用砂的技術要求，首先就得嚴格按照規定走，摒棄那些不合格的機制砂，其次，嚴格控制機制砂生產工藝，保證機制砂細度模數合格，顆粒級配合理，石粉用量適中。否則，就很難保證其使用效果。

4.3 正確認識和使用石粉

一些機制砂生產企業，為了使機制砂賣相可觀，迎合客戶的審美，私自減少石粉的使用，其實這方法是行不通的，要知道石粉在機制砂的生產中是不可避免的。許多工程實例告訴我們，合理的石粉含量對不同強度要求的混凝土都能起到有益的作用。因此，首先要正確認識到石粉添加的重要性，熟知石粉在混凝土中所起的作用。其次，嚴格按照國標指標添加石粉含量，合理控制石粉的添加量。最后，重視對石粉中亞甲藍MB 值的測試，保證石粉效果最佳。

4.4 定期對機制砂庫房除濕

機制砂在儲存中，其內部一些吸水成分會或多或少吸收空氣的水分，導致機制砂各部分含水量不一致，給混凝土設計配比帶來困難。針對該問題，我們應在庫房配置除濕設備，或在生產工序中增加含水率控制工序，確保機制砂的水分含量能控制在一個合理的范圍內，最好是穩定可控，保證機制砂含水率均勻，防止機制砂離析滲水。

4.5 定期檢測砂的技術指標

機制砂使用方驗收時應至少進行顆粒級配、含泥量、泥塊含量等主要技術指標的測試，當砂的進料量大時，應分批進行測試。砂在運輸、儲存中，應防止混入雜質，并應按砂的規格和品質分別堆放。

5 總結

混凝土是建筑行業的一個主材，混凝土拌合物的質量很關鍵，砂石中主要技術指標對混凝土拌合物影響很大，為了減弱砂石對混凝土拌合物的影響，我們可以采取嚴格控制機制砂質量、保證機制砂顆粒級配合理、正確認識和使用石粉、定期對機制砂庫房除濕、定期檢測砂的技術指標等措施來確保砂的質量，以滿足混凝土用砂的要求。