機制砂質量及機制砂混凝土性能試驗分析

（中鐵二局第五工程有限公司，四川成都 610000）

傳統的工程建設中，天然砂是混凝土拌和的重要原材料，但受供應量有限、價格上漲等多重因素的作用，其應用優勢逐步減弱，而機制砂的應用頻率則有所提高，可取代天然砂。機制砂的質量受多方面的影響，包含母材的巖性、制砂工藝等方面，在原材料取材不合理或工藝缺乏可行性時，均易影響機制砂的質量[1-2]。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：42.5級普通硅酸鹽水泥，3 d抗壓強度26.5 MPa、28 d抗壓強度49.9 MPa；粗骨料：碎石，5～25 mm連續級配；細集料：天然中砂TS1、天然特細砂TS2、機制砂（碎屑）JS1、機制砂（整形）JS2、機制砂（碎屑）JS3、機制砂JS4以及混合砂HS1、HS2、HS3；粉煤灰：F類Ⅱ級；礦粉：S95礦粉；水：自來水。

1.2 試驗方法

以天然砂和機制砂為基礎展開試驗與對比分析，制作混凝土試塊，重點考慮力學性能、收縮性等關鍵指標，從而對天然砂和機制砂的質量情況作出判斷。

1.3 混凝土配合比設計

膠凝材料和水用量、砂率維持恒定，試驗期間持續調整減水劑的用量，及時檢測混凝土的坍落度，使該指標被控制在（200±10）mm區間內。具體的配比情況如表1所示。

表1 混凝土配合比

2 試驗結果及分析

2.1 機制砂性能

全面保證機制砂的質量是擴寬其應用范圍、提高應用水平的重要途徑，從高性能混凝土生產的角度來看，為滿足整體質量要求，需按比例摻入高品質機制砂。對此，從市面上選取53家機制砂生產企業，經抽樣后以《建設用砂》（GB/T 14684—2011）為依據展開檢測與對比分析，以確定機制砂的質量情況。經對比分析得知：機制砂細度模數的分布主要分為四個部分，其中細度模數在3.2～3.3 區間的占比達45.3%；在2.7～3.0區間的有15家，占比28.3%；細度模數在3.1～3.7區間的達37家，占比69.8%。此外，細度模數為3.8的為1家，占比1.9%。根據該分布規律可知，機制砂普遍以粗砂的形式為主。機制砂的表觀密度均≥2 500 kg/m3，占比較大的分布區間為2 610～2 700 kg/m3，占71.7%；從堆積密度的角度來看，以1 400～1 600 kg/m3為主要集中區間，占比高達84.9%，有部分在1 400 kg/m3以內，但占比較小，僅為7.5%。在所分析的53家機制砂樣品中，孔隙率≤44%的占比較大，共29家，占比54.7%；剩余的24家機制砂樣品則存在不同程度的空隙率問題，但均未滿足《建設用砂》關于機制砂空隙率的要求。總體來看，石粉含量普遍較低，有1家機制砂難以滿足規范中有關于石粉含量的要求。

在所分析的53家機制砂樣品中，具有細度模數較高的特點，粗砂占總量的69.8%；與《建設用砂》對比分析，在表觀密度、堆積密度方面基本可達到現階段的要求，空隙率具有偏高的特點，此項指標達標的樣品數量占總量的43.4%。

2.2 混凝土力學性能

制作邊長為150 mm的試模，用于制作混凝土試樣，脫模后采取標準養護措施，直至其達到齡期為止，組織抗壓強度試驗，匯總具體結果如表2所示。

表2 混凝土抗壓強度試驗結果

結合表1、表2，通過對比分析后可知，在水膠比一致的前提下，為同時滿足坍落度要求，應用機制砂或混合砂生產混凝土時，所需的減水劑用量均高于天然砂混凝土，究其原因與機制砂的表觀質量有關，其具有多棱角的特點，表面粗糙度相對較大，而天然砂的表面普遍呈現出橢球狀，相對而言更為光滑，從而決定各自在減水劑摻量方面的差異性。

基于機制砂或混合砂制得的混凝土具有較高的抗壓強度（在不同齡期中均是如此），其普遍高于基于天然砂而制得的混凝土，相較之下又以整形砂和天然細砂兩類材料的應用效果較佳，以此為基礎材料制得的混凝土，其抗壓強度更高。

通過機制砂或混合砂的應用，有利于在較大幅度上提高混凝土的抗壓強度，主要與機制砂的表觀質量有關，其存在較多的棱角，在與水泥石接觸后可以形成較強的機械嚙合力，而機制砂內部的石粉還具有填充作用，可以有效進入混凝土的孔隙中，從而提高其密實性，避免混凝土內部質量不足的情況。

在混合砂混凝土中60 d抗壓強度較高，后續的90 d抗壓強度偏低，意味著在60～90 d的齡期內抗壓強度呈減小的變化趨勢，關于此現象的原因，認為主要與混合砂混凝土早期收縮較大有關，其存在相對較多的微裂縫，從而使抗壓強度有所降低。

制作混凝土試樣，脫模后采取標準養護措施，直至其達到齡期為止。應用滲水高度法、電通量法、非接觸法，目的在于展開試驗與分析，分別確定混凝土在抗水滲透性、抗氯離子滲透性和收縮性方面的具體情況，結果如表3所示。

表3 混凝土滲水高度、電通量試驗結果

根據表3展開分析，就滲水高度指標而言，以天然砂、機制砂JS4為材料配制所得混凝土在此方面具有一致性，均為2 mm，以混合砂HS1、HS2、HS3為材料配制所得混凝土的該指標依次為3、2、4 mm，由此可見，在混凝土配制過程中若采用天然砂、機制砂JS4，所得的混凝土在抗水滲透性方面的表現較佳。

此外，從電通量的角度來看，天然砂混凝土處于中間狀態，相比于三種混合砂混凝土而言均較低，而相比于機制砂JS4的混凝土而言略有提高，增加幅度達到3.1%。

分析機制砂混凝土收縮率變化可知，混凝土成型全過程中，初期伴有微膨脹現象，且以天然砂、混合砂HS1兩類材料制得的混凝土較為顯著；在齡期逐步延長之下，收縮率具有加大的變化特點。從收縮率的角度來看，相比于混合砂混凝土，天然砂混凝土的該指標相對較低，但高于機制砂混凝土。

利用機制砂JS4配制混凝土后，抗水滲透性能、抗氯離子滲透性、收縮性，其表現均優于天然砂混凝土，而采用三種混合砂后所得的混凝土在此方面則劣于天然砂混凝土。究其原因，天然砂TS1和機制砂JS4兩類材料均屬于中砂的范疇，其具有粗細適中且級配良好的特點，而機制砂JS4還含有較為豐富的石粉，因此有利于解決其他材料中混凝土孔隙較多的問題，制得的混凝土具有更良好的密實性，自然在抗水滲透性能等方面有所改善。試驗中所提的三種機制砂均屬于粗砂的范疇，形態方面呈薄片狀，能夠與天然特細砂充分混合，雖然能夠實現對級配的優化，但并未完全滿足理想級配要求，因此在抗水滲透性等方面的表現欠佳。

3 結論

（1）經取樣試驗與分析后可知，機制砂的細度模數和空隙率相對較高，同時機制砂的表觀密度、堆積密度、石粉含量均達標。

（2）在水膠比一致的前提下，減水劑摻量方面具有機制砂及混合砂混凝土更多的特點，同時兩者的抗壓強度較高，天然砂混凝土在該指標的表現均欠佳。

（3）機制砂內含有較豐富的石粉，該部分可有效優化混凝土的結構，從而提高抗水滲透、抗氯離子滲透和收縮性能；而在利用機制砂生產混凝土時，需要充分考慮到機制砂的性能特點，合理控制用量（完全取代天然砂，或是兩者按特定的比例混合），以保證混凝土具有較好的綜合性能。

4 結語

綜上所述，機制砂的生產及應用能夠解決天然砂供應不足、價格偏高的問題，擴寬了建筑工程領域對于原材料的采購途徑。文章以機制砂及其配制所得的混凝土為對象，分析質量情況，希望所提的內容可提供參考。