淺析機制砂在混凝土應用中的研究進展

樊曉旭

陜西交通建設集團公司，中國·陜西 西安 711400

1 引言

混凝土作為目前使用最廣泛的建筑材料，已有超過了100年的歷史[1]。在混凝土的生產發展歷程中，河砂等天然資源起著至關重要的作用。然而，隨著中國推進新城鎮和基礎設施建設，建筑在新建、修復過程中的使用不斷消耗，資源的日益匱乏。同時，天然砂石的過度開采造成了河岸塌陷和植被流失等問題，大大影響著生態環境，中國對相關天然砂石的開采進行了管控。為了解決相關問題，建筑行業慢慢采用機制砂來替代混凝土中的部分或全部天然砂石，并將制成的混凝土稱為機制砂混凝土[2]。機制砂可以根據使用要求加工成不同規格，更能滿足日常工程需求[3]。目前，針對機制砂混凝土的研究已經成為一個非常重要的方向，也成為很多相關學者的研究重點。

2 機制砂

與天然形成的砂石相比，機制砂則通過專業制砂設備加工而成，具有成品更規則、規格更易控制的特點。同時，機制砂具有原料充足，生產率高、成本較低、經濟環保和產量大等優點，當其中石粉含量在一定范圍內時還能增強混凝土的密實性。但機制砂也存在一些問題，如級配不合理、產品顆粒形貌不好、多棱角、針片狀顆粒較多、石粉含量不好控制等。對于機制砂，石粉和級配是可以人工調節的，而且適量的石粉對機制砂配制混凝土的性能是有益的。如何改進生產工藝，優化機制砂產品質量，也是目前應當思考的問題[3]。

3 機制砂混凝土

與普通混凝土相比，機制砂混凝土中的砂石采用了機制砂。機制砂混凝土的研究和應用可大大緩解天然砂石過度開采對環境造成的壓力。目前，機制砂混凝土在商用混凝土的使用中，比重日益增大[4]。各國學者對機制砂混凝土的力學特性、耐久性、結構的受力性能進行了理論分析和試驗研究。本小節對機制砂的石粉含量和MB值對混凝土各項性能的影響進行簡要概述。

3.1 石粉含量

石粉含量對機制砂混凝土的工作性能、力學性能、耐久性能等都有著不同程度影響[5]。

工作性能方面，石粉含量在一定范圍內，增加石粉的含量可以提高砂混凝土的工作性能。以C30混凝土為例，15%的石粉含量使混凝土具有更好的工作性能，而對于C40混凝土，10%的石粉含量則能使其具有更好的工作性能，對于C60混凝土，工作性能更好時，石粉含量為5%[6]。這是因為更高等級的混凝土所含有的膠凝材料更多，而石粉對更高等級的混凝土在粘聚性和離析泌水上影響更小。

抗壓強度方面，石粉含量較低時，混凝土的抗壓強度與石粉含量成正相關。C30混凝土中，砂石粉最佳含量在20%左右，對于C40和C60混凝土，最佳含量分別是10%和8%。

干燥收縮率和早期抗裂性能等方面，C30和C40混凝土的最大干縮率時的石粉含量都為10%，對于C60混凝土則為8%；機制砂混凝土早期抗裂能力與石粉含量成負相關趨勢，石粉含量越高，機制砂混凝土早期抗裂能力越低，而且機制砂混凝土的強度等級越高，混凝土的早期抗裂能力越低。

3.2 MB值

機制砂MB值是國標確定機制砂中所含細粉為石粉還是泥粉的一個重要指標。機制砂MB值通過亞甲藍試驗確定，是確定機制砂中泥粉等含量的重要指標，影響著機制砂混凝土的工作性、抗壓強度、抗裂性、干縮等各項性能[7]。

工作性能方面，在機制砂生產過程中，泥塊被機械破碎引起的震動以及破碎后的砂顆粒之間的相互擠壓成泥粉。泥粉顆粒較細，比表面積較大，吸水性較強，在相同用水量時，隨著泥粉含量的增加，混凝土實際用水量將減少，從而影響混凝土的工作性能。

抗壓強度方面，對于C30混凝土，3天、7天、28天抗壓強度都是隨著機制砂MB增大呈先增大后減小的趨勢，但是增加或者減小的幅度較小。對于C60混凝土，MB值對混凝土的影響規律和C30類似。

抗裂方面，C30混凝土的裂縫開裂面積和單位面積的總開裂面積都是隨著MB值的增大呈先減小后增大的趨勢，拐點出現在MB值等于1時。而C60混凝土的裂縫開裂面積和單位面積的總開裂面積隨著MB值的增大一直增大，并且較C30混凝土更大。

混凝土的干縮方面，機制砂MB值對混凝土影響較大，對強度等級高的影響更大[8]。以C30、C60為例，兩者的干縮都是隨著MB值和齡期增大而增大。C30混凝土的干縮在1到28天的增長速率最快，當MB值為0.3和4.65時，其28天干縮值分別為315×10-6和349×10-6；對于C60混凝土，干縮在1～14天的變化速率是最快的，其整體收縮值要比C30混凝土大。

4 結語

中國基礎建設不斷發展的同時，機制砂在混凝土中的應用大大減小了不斷開采天然資源對于生態環境的壓力。在機制砂應用的過程中，應清晰、全面地認識機制砂與天然砂的不同，材料特性的準確表征至關重要。同時，培養專業化生產設計理念，優化機制砂的生產工藝，加強從業技術人員的技術培訓，大大提高機制砂的生產質量，才能促進機制砂混凝的可持續發展。