機(jī)制砂物理特性對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響研究

萬(wàn)娟霞 馬岢言

（甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 前言

作為天然砂的理想替代產(chǎn)品，機(jī)制砂顆粒表面粗糙、多棱角，且大多級(jí)配不良，0.315～0.63mm級(jí)配顆粒偏少。機(jī)制砂的性能參數(shù)主要包括原石單軸抗壓強(qiáng)度、堅(jiān)固性、壓碎值、空隙率、亞甲藍(lán)值、細(xì)度模數(shù)、表觀密度、級(jí)配區(qū)間、石粉含量、粉料質(zhì)量指數(shù)PQI等[1-3]。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)制砂膠砂研究較多，主要集中在礦物摻合料、聚丙烯纖維、石粉含量和機(jī)制砂種類對(duì)機(jī)制砂膠砂工作性能、力學(xué)性能、抗裂性能、耐久性的影響[4-12]。受地域氣候的影響，甘肅機(jī)制砂母巖種類繁多，加之機(jī)制砂生產(chǎn)工藝和設(shè)備差異，導(dǎo)致機(jī)制砂關(guān)鍵物性參數(shù)波動(dòng)大。因此，有必要對(duì)甘肅各機(jī)制砂生產(chǎn)廠家的施工工藝及機(jī)制砂進(jìn)行調(diào)研，研究機(jī)制砂的物理參數(shù)對(duì)膠砂的影響。

本文調(diào)研了甘肅省19家機(jī)制砂生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)工藝及機(jī)制砂性能指標(biāo)，并成型機(jī)制砂水泥膠砂試件進(jìn)行抗壓抗折試驗(yàn)。運(yùn)用相關(guān)性分析即相關(guān)指數(shù)表征機(jī)制砂各參數(shù)對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響程度，并運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法研究各特征參數(shù)對(duì)機(jī)制砂膠砂強(qiáng)度影響的關(guān)聯(lián)性，探討影響機(jī)制砂水泥膠砂的關(guān)鍵因素。

1 機(jī)制砂及機(jī)制砂水泥膠砂的評(píng)價(jià)

1.1 機(jī)制砂

從調(diào)研的19家機(jī)制砂生產(chǎn)廠家了解到，干法生產(chǎn)和濕法生產(chǎn)普遍存在，14家為干法生產(chǎn)，其余5家為濕法生產(chǎn)。從宕口的開采巖性看，主要以巖漿巖和沉積巖為主，宕口在開采過(guò)程中土層普遍較多，使得MB值（機(jī)制砂石粉含量）顯著增大。

通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得各廠家機(jī)制砂的參數(shù)見表1。

表1 機(jī)制砂各參數(shù)匯總表

由于原石取樣的代表性較差，使得原石單軸抗壓強(qiáng)度偏差較大。調(diào)研的19家機(jī)制砂生產(chǎn)廠家中，石料廠G和石料廠R的堅(jiān)固性不滿足要求。壓碎值均滿足要求，最大為26.2%，最小為4.6%。

濕法生產(chǎn)的機(jī)制砂的亞甲藍(lán)值普遍較低、石粉含量低，均符合要求。14家干法生產(chǎn)廠家中有7家機(jī)制砂的亞甲藍(lán)值不合格，大于1.4，最大值為15.5。

1.2 機(jī)制砂水泥膠砂

表2為不同機(jī)制砂廠家的水泥膠砂抗折強(qiáng)度（3d、7d、28d）、抗壓強(qiáng)度（3d、7d、28d）值，強(qiáng)度測(cè)定均在標(biāo)準(zhǔn)配比下進(jìn)行，水泥為450g（P.O52.5），水為225g，砂為1350g。

表2 機(jī)制砂水泥膠砂抗壓及抗折強(qiáng)度值

由表2可知，機(jī)制砂水泥膠砂整體抗折強(qiáng)度數(shù)值變化較大，最大值為10.93MPa，最小值為3.5MPa，均值為8.85MPa。大部分廠家機(jī)制砂28d抗折強(qiáng)度分布在8～11MPa，少部分分布在7～8MPa，可見抗折強(qiáng)度大部分滿足水泥及混凝土使用要求。有兩家抗折強(qiáng)度較小，分別為6.4MPa和3.5MPa。

從干濕法生產(chǎn)工藝來(lái)看，干法工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂水泥膠砂28d抗折強(qiáng)度均值為8.55MPa，小于濕法工藝生產(chǎn)的9.80MPa。大部分廠家機(jī)制砂的28d抗折強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)砂和天然砂。

機(jī)制砂水泥膠砂整體抗壓強(qiáng)度數(shù)值變化較大，最大值為71.6MPa，最小值為18.9MPa，均值為57.8MPa。大部分廠家機(jī)制砂28d抗壓強(qiáng)度分布在55～65MPa，少部分分布在45～55MPa，可見抗壓強(qiáng)度大部分滿足水泥及混凝土使用要求。還有兩家抗抗壓度較小，其值分別為43.5MPa和18.9MPa。

從干濕法生產(chǎn)工藝來(lái)看，干法工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度均值為57.0MPa，小于濕法工藝生產(chǎn)的60.8MPa。有5家機(jī)制砂的28d抗壓強(qiáng)度比天然砂和標(biāo)準(zhǔn)砂高，有6家基本相當(dāng)，其余均小于天然砂和標(biāo)準(zhǔn)砂。

2 機(jī)制砂水泥膠砂抗折強(qiáng)度

2.1 抗折強(qiáng)度與機(jī)制砂各參數(shù)的特征分析

通過(guò)分析機(jī)制砂水泥膠砂28d抗折強(qiáng)度與機(jī)制砂各性能指標(biāo)的相關(guān)性，得到其內(nèi)在關(guān)系，見表3。

表3 機(jī)制砂各參數(shù)與28d抗折強(qiáng)度的相關(guān)性

由表3可知，機(jī)制砂水泥膠砂28d抗折強(qiáng)度與各特征參數(shù)的相關(guān)性由大到小分別為：粉料質(zhì)量指數(shù)、亞甲藍(lán)值、空隙率、石粉含量、堅(jiān)固性、原石單軸抗壓強(qiáng)度、表觀密度、壓碎值、細(xì)度模數(shù)。28d抗折強(qiáng)度的大小與粉料質(zhì)量指數(shù)、亞甲藍(lán)值、空隙率和石粉含量有密切關(guān)系，影響指數(shù)較高。

粉料質(zhì)量指數(shù)PQI為石粉含量與亞甲藍(lán)的乘積，石粉含量表征機(jī)制砂中粉料的含量，亞甲藍(lán)值表征細(xì)粉中可利用石粉的含量，兩者乘積可充分表征石粉含量和亞甲藍(lán)值對(duì)于機(jī)制砂性能的影響，屬于綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)，在較低MB值的機(jī)制砂中，可相應(yīng)增加石粉含量，在較高M(jìn)B值的機(jī)制砂中，需減少石粉含量，該指標(biāo)能反應(yīng)出機(jī)制砂粉料在水泥及水泥混凝土中的作用，相應(yīng)的，其與28d抗折強(qiáng)度的相關(guān)性最高，為0.84。亞甲藍(lán)值次之，相關(guān)性為0.82，意味著當(dāng)石粉含量相當(dāng)時(shí)，亞甲藍(lán)值的大小直接影響機(jī)制砂水泥膠砂抗折強(qiáng)度大小，也就是說(shuō)機(jī)制砂中細(xì)土含量對(duì)抗折強(qiáng)度的影響非常大，在生產(chǎn)過(guò)程中必須嚴(yán)格控制。空隙率的相關(guān)性為0.41，對(duì)抗折強(qiáng)度的影響指數(shù)也較高，原因是空隙率綜合反映了機(jī)制砂的粒型、棱角性和級(jí)配在松散堆積下的狀況，間接反映出級(jí)配和粒型對(duì)機(jī)制砂抗折強(qiáng)度的影響，級(jí)配優(yōu)良、粒型合理的機(jī)制砂的抗折強(qiáng)度較高。

2.2 運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法分析

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)影響抗折強(qiáng)度的參數(shù)進(jìn)行分析，計(jì)算其對(duì)抗折強(qiáng)度影響的關(guān)聯(lián)系數(shù)，得到關(guān)聯(lián)度，如表4所示。

由表4可知，機(jī)制砂水泥膠砂抗折強(qiáng)度與各特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)度較大的有粉料質(zhì)量指數(shù)PQI（0.345）、亞甲藍(lán)值（0.326）和石粉含量（0.281）。這與相關(guān)性的分析結(jié)果完全一致。可見，影響抗折強(qiáng)度的主要參數(shù)特征是石粉含量、亞甲藍(lán)值和粉料質(zhì)量指數(shù)。

表4 機(jī)制砂各參數(shù)關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度匯總

3 機(jī)制砂水泥膠砂抗壓強(qiáng)度

3.1 抗壓強(qiáng)度與機(jī)制砂各參數(shù)的特征分析

通過(guò)分析機(jī)制砂水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度與機(jī)制砂各項(xiàng)性能指標(biāo)的相關(guān)性，得到其內(nèi)在關(guān)系，見表5。

表5 機(jī)制砂各參數(shù)與28d抗壓強(qiáng)度的相關(guān)性

由表5可知，機(jī)制砂水泥膠砂28d抗壓強(qiáng)度與各特征參數(shù)的相關(guān)性由大到小分別為：粉料質(zhì)量指數(shù)、亞甲藍(lán)值、空隙率、石粉含量、堅(jiān)固性、原石單軸抗壓強(qiáng)度、表觀密度、壓碎值、細(xì)度模數(shù)。28d抗壓強(qiáng)度的大小與粉料質(zhì)量指數(shù)PQI、亞甲藍(lán)值、空隙率和石粉含量有密切關(guān)系，影響指數(shù)較高。

3.2 運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法分析

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)法對(duì)影響抗壓強(qiáng)度的參數(shù)進(jìn)行分析，計(jì)算各參數(shù)對(duì)抗壓強(qiáng)度影響的關(guān)聯(lián)系數(shù)，從而得到關(guān)聯(lián)度，如表6所示。

表6 機(jī)制砂各參數(shù)關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度匯總

由表6可知，機(jī)制砂水泥膠砂抗壓強(qiáng)度與各特征參數(shù)的關(guān)聯(lián)度較大的有粉料質(zhì)量指數(shù)PQI（0.339）、亞甲藍(lán)值（0.323）和石粉含量（0.277）。這與相關(guān)性的分析結(jié)果完全一致。可見，影響抗壓強(qiáng)度的主要參數(shù)特征是石粉含量、亞甲藍(lán)值和粉料質(zhì)量指數(shù)。

4 結(jié)論

1）不同廠家的機(jī)制砂水泥膠砂流動(dòng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度數(shù)值變化較大，上下浮動(dòng)大。

2）從生產(chǎn)工藝看，干法工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂水泥膠砂流動(dòng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度均值均小于濕法工藝。

3）大部分廠家機(jī)制砂28d抗折強(qiáng)度分布在8～11MPa，少部分分布在7～8MPa，還有兩家抗折強(qiáng)度較小，其值分別為6.4MPa和3.5MPa。大部分廠家機(jī)制砂的28d抗折強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)砂和天然砂。

4）大部分廠家機(jī)制砂28d抗壓強(qiáng)度分布在55～65MPa，少部分分布在45～55MPa，還有兩家抗抗壓度較小，其值分別為43.5MPa和18.9MPa。有11家機(jī)制砂的28d抗壓強(qiáng)度比天然砂和標(biāo)準(zhǔn)砂略高或相當(dāng)，其余均小于天然砂和標(biāo)準(zhǔn)砂。

5）各參數(shù)的相關(guān)性與關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明，機(jī)制砂流動(dòng)度、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的關(guān)鍵參數(shù)項(xiàng)目均為粉料質(zhì)量指數(shù)PQI、亞甲藍(lán)值和石粉含量。