機制砂在混凝土配比中的應用

徐芬

中鐵十一局集團第五工程有限公司 重慶 400000

使用機器對巖石進行粉碎，并對其進行篩分，所得到的公稱粒徑小于5mm 的顆粒即為機制砂。由于機制砂具有石粉含量可控、力學性能良好、強度高等優點，因此在混凝土施工中合理使用機制砂可以使混凝土的工作性能得到改善，使混凝土的密實性進一步提高。但是，如果機制砂中石粉較多，會影響水泥和砂之間的粘結力，導致混凝土強度降低的，嚴重影響混凝土的工作性能和和易性。所以為了提高混凝土質量，施工人員應對機制砂用量進行試驗[1]。

1 機制砂的主要特點

1.1 機制砂概念

機制砂主要包括工業廢渣（不包括風化巖和軟質巖）、礦山尾礦以及巖石。根據試驗可知，天然砂的堆積密度通常為1500kg/m3左右，機制砂的堆積密度通常為1700kg/m3左右，由此可知，與天然砂相比機制砂堆積密度較大。為了控制機制砂的細度模數和級配，生產單位應該對除塵設備以及最小級振動篩篩孔尺寸進行調整。

由于石塊夾雜著的泥土不能被完全清理，所以使機制砂中含泥量提高。為了對含泥量進行控制，生產單位應該做好如下工作：在對礦山進行開采過程中，施工人員應該對表面的泥土和植被進行清理；在對石塊進行裝卸時，施工人員應該確保沒有摻入泥土；當石塊中泥土較多時，施工人員應對其進行挑揀；當機制砂中含有較多泥塊時，施工人員應該進行清場，與此同時，料場應該采取相應的措施對其進行處理，防止因含泥量過高而影響到混凝土的質量。

1.2 機制砂和天然砂的對比

與天然河砂相比，機制砂的顆粒級配較差、顆粒較粗且含有石粉，機制砂的外形主要為方菱體或三角體，具有較為尖銳的棱角且表面粗糙，在砂率相同的情況下，機制砂的比表面積大、吸水率較大。但是，與天然砂相比，機制砂具有劣質資源、廢棄資源再利用，綠色環保等優點，可以使混凝土的環保性得以提高。

1.3 機制砂混凝土與天然砂混凝土的性能

當單位用水量不變時，隨著水泥用量的提高天然砂和機制砂混凝土的強度會不斷提高；對7d 的抗壓強度進行分析可知，機制砂混凝土的強度較大，且水泥用量越少，強度增大越為明顯。在水泥用量和水灰比相同的前提下，要想保障二種混凝土的坍落度一致，施工單位應提高機制砂混凝土的砂率[2]。

2 試驗方案

細骨料：通常可以將砂的細度模數分為細砂（細度模數：2．2-1．6）、中砂（細度模數：3-2．3）以及粗砂（3．7-3．1）三種。在混凝土配制過程中，石粉的含量有很重要的影響，因此，為了使混凝土的工作性能得到保障，細集料的含泥量應小于3%，含粉量范圍應為6%-12%，當使用機制砂作為細骨料時，其壓碎指標應小于35%，粒徑大小范圍應為0．15-0．75mm。本實驗細骨料參數為：①天然砂：細度模數為2．9，堆積密度為1510kg/m3，含泥量為0．6%；②機制砂：一共有三種機制砂，其石粉含量分別為15%、10%、5%，細度模數均為3．0。

粗骨料：在對粗骨料進行選擇過程中，施工人員應以相關標準為依據，確保母材強度符合規范，集料大小范圍應為5-25mm 或5-20mm，外形應為立方形。與此同時，骨料的針片狀顆粒應小于15%，壓碎值應小于12%，泥塊含量應低于0．5%，含泥量應低于1%。本次試驗選擇的粗骨料主要有兩種，其粒徑范圍為5-20mm，針片狀顆粒含量為7%，壓碎指標為10%，石子含泥量為1%，強度大于80MPa。

水泥：在對水泥進行選擇過程中，通常應選高強度水泥，且其細度應滿足規范要求，常用的水泥種類為普通硅酸鹽水泥和硅酸鹽水泥。該兩類水泥的強度通常為設計強度的0．9-1．5 倍。為了避免水泥干縮和放熱影響到混凝土強度，施工人員應將高質量的粉煤灰等材料摻入水泥中，與此同時，為了使水泥強度進一步提高，施工人員還應該對其實施二次磨細處理。本次試驗所采用的水泥為P．II52．5R，其28d 的強度是60．2MPa；粉煤灰為F 類Ⅱ級灰，需水量比為97，細度為1．25。

外加劑：為了使混凝土的早期強度得以提高，施工人員應將一定比例的外加劑加入混合料中，通過外加劑的添加，不但可以使混凝土的性能得以提高，還可以對水泥用量進行控制。本實驗采用的外加劑為LCX-B 高性能標準型減水劑，產地為江西。

礦粉：本實驗中礦粉28d 的活性指數為95%，7d 活性指數為75%。

本實驗的混凝土強度等級為C50，在膠凝材料用量不變的情況下，為了保障混凝土的坍落度，對外加劑和用水量進行調節，各組的混凝土配合比見表1。

其中A02、A03、A04 中的砂為機制砂（人工砂）；A01 為天然砂。

3 對混凝土的力學性能進行分析

表2 為各組混凝土的抗壓強度實驗數據。

表2 混凝土抗壓強度實驗數據

表1 混 凝土配合比（kg/m3）

對表2 進行分析可知，使用機制砂配制的A02、A03、A04 組混凝土的強度均大于使用天然砂配制的A01 組混凝土的強度。對破開面進行對比可知，天然砂混凝土的空洞多于機制砂混凝土的空洞。機制砂中石粉的強度近似于母材的強度，其不但可以對混凝土進行填充，還可以使膠凝材料的水化作用得以提高，因此，與天然砂相比，使用機制砂可以提高混凝土的強度。

除此之外，通過對表2 的分析可知，當石粉含量為15%的時候，混凝土的強度較低，且混合物較為粘稠、具有輕微泌水。產生該現象的主要原因是：當石粉用量過大時，混凝土的用水量也會隨之增加，為了保障混凝土用水量和坍落度不變，需要提高外加劑的摻量，當外加劑摻量提高時，混凝土會出現粘稠泌水等問題，與此同時，當石粉含量較高時，骨料和水泥之間的黏結性也會隨之降低，使混凝土的強度和工作性能受到影響[3]。

4 對混凝土抗開裂性能進行分析

4.1 實驗的主要原理

在對混凝土進行抗開裂試驗過程中，試驗人員嚴格遵循混凝土試驗標準，每組混凝土應設置兩個平行實驗對照組。當混凝土澆筑進模板后，試驗人員應將小型振搗棒插入混凝土中，并對其進行振搗處理，振搗后，還應該將混凝土表面抹平，并平行于裂縫誘導器和試件表面進行吹風處理，風速應該控制在5m/s 左右。

4.2 對實驗結果進行分析

表3 為混凝土抗開裂數據。

表3 抗開裂性能試驗數據

對表3 進行分析可知，與天然砂混凝土相比，機制砂混凝土的開裂時間較早。與此同時，當石粉含量為15%時，混凝土在298min 的時候出現開裂；當石粉含量為5%，混凝土在410min 的時候出現開裂，由此可知，當石粉含量提高時，混凝土的抗開裂性能較差。

除此之外，通過表3 可以看出，當石粉含量為5%和10%時，與天然砂混凝土相比，機制砂混凝土的單位面積裂縫數較小，但是當石粉含量為15%時，其單位面積裂縫數明顯增大。由此可知，當石粉含量不超過10%時，機制砂混凝土的抗開裂性能較高，這主要是因為石粉可以對混凝土的空隙進行填充，時混凝土的密實度得以提高，進而達到降低混凝土開裂風險的目的，但是如果石粉含量較高時，混凝土的吸水性也會提高，使混凝土塑性收縮量提高，反而會增大混凝土的開裂率。

5 結語

綜上所述，相較于天然砂，當機制砂中石粉含量不超過10%時，使用機制砂配制混凝土，可以使混凝土的強度提高。但是當石粉含量為15%時，混凝土的工作性能和強度反而會降低。與此同時，當石粉含量不超過10%時，機制砂混凝土的抗裂性能也會相應提高。因此，施工人員應該控制機制砂中石粉含量，從而達到提高混凝土質量的目的。