機(jī)制砂混凝土性能研究

丁軍龍，丁麗芳

（河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司混凝土分公司，河北 保定 071000）

0 引言

機(jī)制砂是由巖石爆破破碎或采用河道礫石，經(jīng)機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑小于 5mm 的顆粒。機(jī)制砂富有棱角，同樣細(xì)度模數(shù)下的顆粒級配劣于天然砂，用于配制混凝土將在配合比、施工性能、力學(xué)和耐久性能等方面產(chǎn)生不同于天然砂混凝土的特點(diǎn)[1-2]。

近年來，華北地區(qū)對環(huán)境保護(hù)越來越重視，這就要求我們在工程建設(shè)過程中必須考慮對環(huán)境的保護(hù)。京津冀一體化和雄安新區(qū)的建設(shè)又使保定城市建設(shè)進(jìn)入一個高速發(fā)展時期，混凝土工業(yè)資源消耗巨大，砂石料需求急劇增長，然而砂石料品質(zhì)越來越差，價格卻越來越高。為了緩解這一現(xiàn)象，利用機(jī)制砂替代天然砂越來越受到人們的重視。本文利用機(jī)制砂復(fù)合天然砂配制出混合砂用于新拌混凝土，通過對機(jī)制砂混凝土各項性能的研究，為工程實(shí)踐提供參考。

1 試驗研究

1.1 原材料

水泥：選用 P·O42.5 石家莊鹿泉曲寨水泥，其各項力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

粉煤灰：保定大唐Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度 15%。

粗骨料：滿城粒徑為 5～20mm 連續(xù)粒級碎石。

外加劑：保定慕湖恒源新型建材公司生產(chǎn)的 MZYA5 型高性能減水劑。

天然砂：滿城細(xì)砂，細(xì)度模數(shù) 2.2。

機(jī)制砂：保定市清苑區(qū)旗利公司生產(chǎn)機(jī)制砂，石粉含量為 13.4%（公稱粒徑小于 0.16mm 的微粉含量）。

1.2 機(jī)制砂與天然砂混合試驗

機(jī)制砂與天然砂按不同比例混合后進(jìn)行篩分試驗，選出顆粒級配符合規(guī)范要求的混合比例，具體數(shù)據(jù)如表1 所示。

表1 機(jī)制砂與天然砂不同比例混合篩分試驗結(jié)果

由表 1 可知，A1 屬于 Ⅲ 區(qū)細(xì)砂，A2 屬于 Ⅲ 區(qū)中砂，A3、A4、A5 和 A6 都屬于 Ⅱ 區(qū)中砂。由此表明：20% 以上機(jī)制砂調(diào)節(jié)天然砂細(xì)度模數(shù)可以將人工混合砂調(diào)為中砂，而且隨著機(jī)制砂摻量的增加人工混合砂的細(xì)度模數(shù)會隨之增大。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定“配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用Ⅱ區(qū)中砂”。因此 A3、A4 和 A5 為顆粒級配較優(yōu)的人工混合砂。

1.3 新拌混凝土工作性能及力學(xué)性能試驗

針對以上 6 種機(jī)制砂與天然砂混合后的人工砂進(jìn)行混凝土工作性能與抗壓強(qiáng)度試驗，水膠比為 0.49，設(shè)計容重 2380kg/m3，具體試驗數(shù)據(jù)如表 2 所示。

表2 人工混合砂混凝土試驗結(jié)果

由表 2 可知：

和易性方面：隨著機(jī)制砂摻量的逐漸增加，新拌混凝土的外加劑摻量略有提高，但初始坍落度在一定程度上還略有降低，1 小時混凝土坍落度損失也逐漸增大。其中泌水情況有所改善，粘聚性逐漸增強(qiáng)，混凝土實(shí)測容重（密實(shí)度）先降低后增大。由此說明機(jī)制砂能夠改善新拌混凝土的和易性，但對外加劑摻量和混凝土坍落度損失方面有副作用，綜合對比機(jī)制砂摻量為 60% 時混凝土工作性能最優(yōu)。

強(qiáng)度方面：隨著機(jī)制砂摻量的逐漸增加，新拌混凝土抗壓強(qiáng)度出現(xiàn)了先降低后增大的現(xiàn)象，變化趨勢與新拌混凝土的實(shí)測容重基本相同，當(dāng)機(jī)制砂摻量高于 40%后抗壓強(qiáng)度均已超過全部使用天然細(xì)砂的新拌混凝土。由此說明機(jī)制砂對強(qiáng)度的增長不是來源于機(jī)制砂中石灰石粉的活性，而是因為機(jī)制砂的摻入改善了混合砂的顆粒級配，進(jìn)而增大了新拌混凝土的保水性和密實(shí)度，進(jìn)而增大混凝土的抗壓強(qiáng)度。

1.4 新拌混凝土耐久性能

針對以上 6 種機(jī)制砂與天然砂混合后的人工砂對比了混凝土 28 天抗碳化性能（自然狀態(tài)養(yǎng)護(hù)）和早期抗裂性能（試件成型 30min 后立即用電扇吹試件表面），水膠比為 0.49，具體試驗數(shù)據(jù)如表 3 所示。

表3 人工混合砂混凝土耐久性能試驗

由表 3 可知：隨著機(jī)制砂摻量的增加，使用人工混合砂的混凝土的碳化深度呈下降的趨勢，變化趨勢也與實(shí)測容重（密實(shí)度）基本相同，但降低幅度較小，說明機(jī)制砂對提高混凝土抗碳化性能有一定促進(jìn)作用，但作用有限。然而混凝土試件的裂縫總條數(shù)和總長度會隨著機(jī)制砂摻量的增加出現(xiàn)明顯增大的現(xiàn)象，說明在相同條件下機(jī)制砂混凝土比天然砂混凝土更容易出現(xiàn)裂縫。與天然砂相比，雖然混凝土內(nèi)部保水性較好，但混凝土表面失水較快，因此機(jī)制砂混凝土對養(yǎng)護(hù)的要求更加嚴(yán)格，必須在早期進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。

2 結(jié)論

（1）以現(xiàn)有機(jī)制砂與天然細(xì)砂為基礎(chǔ)，40% 及以上的機(jī)制砂調(diào)節(jié)天然砂細(xì)度模數(shù)可以將人工混合砂調(diào)為中砂，而且隨著機(jī)制砂摻量的增加人工混合砂的細(xì)度模數(shù)增大。

（2）混凝土拌合物的和易性和密實(shí)度會隨著機(jī)制砂摻量的增加逐漸增強(qiáng)，而混凝土的初始坍落度和坍落度損失則會隨之變差，綜合對比機(jī)制砂摻量為 60% 時工作性能最優(yōu)。

（3）混凝土立方體抗壓強(qiáng)度變化趨勢與混凝土實(shí)測容重基本相同，會隨著機(jī)制砂摻量的增加逐漸增大。

（4）一定程度上機(jī)制砂能提高混凝土抗碳化性能，但機(jī)制砂的摻入會降低混凝土早期抗裂性能。