淺談機制砂在海工混凝土中的應用

齊 虎 王春云（中交一公局第二工程有限公司，江蘇 蘇州 215000）

建設用砂石是構筑混凝土骨架的關鍵原料，是消耗自然資源較多的大宗建材產品。目前受河沙資源枯竭、環保生態要求等因素影響，天然砂石資源約束趨緊和環境保護日益增強，機制砂石逐漸成為我國建設用砂石的主要來源。機制砂的生產及應用已成為一大趨勢，特別是山區項目，受項目自身地理條件、交通運輸條件、環境治理、景區化山區高速公路品質工程打造等多重條件限制，機制砂的應用成為許多工程的必然選擇。

在實踐應用中，機制砂混凝土是后續市場的必然走向。因為機制砂和天然河沙在許多方面存在著不同，進而造成了這些混凝土在性能方面存在一定的差距，然而混凝土的性能直接關乎結構的質量和穩定性。在建筑施工過程中，為了有效利用機制砂，保證混凝土結構滿足設計要求，就需要充分了解機制砂混凝土的性能及質量控制技術。利用機制砂混凝土雙摻技術，能夠有效地減少因機制砂粒型原因造成的孔隙率高問題，在增加混凝土和易性及流動性的同時，達到降低砂率的效果。

1 機制砂特點及對混凝土的性能影響

1.1 機制砂的基本特點分析

機制砂表面比較粗糙，通常情況下呈方形或三角形體，棱角尖銳且表面粗糙。充分了解不同區域機制砂特性，對認知機制砂在混凝土內存在問題以及促進機制砂的應用有著重要作用。我們通過試驗對比幾類較典型的天然砂以及機制砂物理性質，結果顯示：和天然砂相對比，通常情況下機制砂存在比較大的表觀密度，其巖性對機制砂有較大影響。和天然砂相對比，機制砂存在比較大的表觀密度，進而造成其混凝土表觀密度要高于天然石英質砂的混凝土。

1.2 機制砂特點和對混凝土的性能影響

1.2.1 機制砂的基本特點分析

機制砂與天然砂的對比其優缺點分析如下：

優點：料源固定、穩定、機械化的生產方式，保證了機制砂產品的質量穩定、可調、可控。顆粒級配穩定，可調整，粒形可改善，相同配合比時，其混凝土強度較天然砂混凝土高，有利于環保。

缺點：吸水率大，棱角分明，堆積密度及孔隙率較差，較于天然砂拌制混凝土流動度較小，高墩泵送較困難，特別是高標號泵送混凝土；如果生產質量不穩定，容易導致混凝土性能難調控。

機制砂表面比較粗糙，石粉含量較高，其穩定性較差，通過對不同區域機制砂特性的深入了解，對認知機制砂在混凝土內存在的問題，以及促進機制砂的應用至關重要。通過對比幾類典型的天然砂和機制砂物理性質的試驗檢測顯示：和天然砂相對比，通常情況下機制砂存在比較大的表觀密度，并且存在較大吸水率，其巖性對機制砂性能有較大影響。

1.2.2 機制砂對混凝土性能的影響

近幾年來，機制砂逐漸被應用到清水混凝土、高強混凝土以及自密實混凝土中。從近幾年實踐中表明，機制砂對混凝土的力學性能、穩定性、耐久性以及工作性能方面都有了很大的提升。

1.3 機制砂對海工混凝土性能的影響

同樣配比的機制砂混凝土坍落度及擴展度都比天然砂混凝土要小，這和機制砂自身質量有很大關系，特別是砂粒型的影響，混凝土容易發生較差的黏聚性以及發生泌水的問題。當機制砂的石粉存在比較大的含量時，將會增加混凝土塑性以及屈服應力，降低混凝土的流動性。這是由于機制砂內石粉是一類粉體，可以大大提升混凝土內水泥漿體積。除此之外，合理量的石粉還能夠大大提升混凝土和易性。然而，當石粉含量比較高的時候，因為石粉自身存在比較大的需水量，進而還直接影響了混凝土的性能[1,2]。

1.4 力學性質方面的影響

研究結果顯示[3]：一樣配合比的時候，機制砂的混凝土抗壓強度要比天然砂混凝土要高。在實際工程中應通過改變機制砂中石粉含量來改善混凝土拌和物和易性、混凝土結構物外觀質量以達到工程設計要求。另外，對于相關施工工藝應合理選取機制砂具體用量，機制砂石粉含量小于3%時，宜按下列情況使用機制砂：機制砂粒形圓潤，技術指標與天然砂相近時，機制砂可替代天然砂使用；棱角豐富時，坍落度指標為0～50mm的低塑性混凝土可直接采用用機制砂配制；坍落度指標大于50mm的高塑性或流動性混凝土，應采用優質礦物摻和料、高性能減水劑等作為補償工作性能的措施，以滿足施工要求，確保結構外觀質量。

1.5 體積穩定性方面的影響

機制砂混凝土收縮和機制砂石粉含量存在比較大的關系。根據研究幾種不同機制砂對混凝土體積穩定性的影響，結果顯示:機制砂中的石粉含量較高時，混凝土的早期開裂傾向增加,特別注意要加強早期養護。機制砂對于混凝土的干縮具有明顯的正負效應:當石粉含量較小時,負效應占優勢,干縮率隨石粉含量的增加而增大；當石粉含量超過一定值時,正效應占優勢,干縮率隨石粉含量的增加有減小趨勢。現場實踐應用中表明，機制砂的混凝土早齡期收縮要大于天然砂混凝土，其后期收縮與天然砂混凝土存在比較小的區別。

2 海工混凝土配制

2.1 設計思路

海工混凝土配合比設計應基于滿足拌合物性能、力學性能、耐久性能和經濟性的原則。為保證質量，應使用滿足設計要求和施工現場條件的混凝土。

2.2 技術措施

為配制符合設計和施工要求的機制砂海工混凝土,主要采取以下技術措施:

（1）嚴格控制原材料：選擇符合技術要求，粗集料要粒型良好，吸水率小的碎石。水泥宜采用42.5和52.5普通硅酸鹽水泥、基硅酸鹽水泥。

（2）采用聚羧酸高效減水劑:外加劑與膠凝材料、機制砂應具有良好的適應性，其品種和摻量應根據使用要求、施工條件、混凝土原材料性能通過試驗來確定。

（3）采用“雙摻”技術:摻入粉煤灰和礦粉，礦物摻合料在混凝土中起到微集料作用,參與膠凝材料的水化反應,降低了水膠比,改善水泥漿的質量,提高混凝土抗氯離子滲透性能。

3 優選原材料要求及相關技術參數

3.1 水泥

水泥宜采用42.5和52.5普通硅酸鹽水泥基硅酸鹽水泥，水泥標準稠度用水量宜小于28%，水泥技術要求除應滿足國家標準的規定外，還應滿足表1的規定。

表1 水泥的技術要求

3.2 礦物摻合料

機制砂海工混凝土用礦物摻合料應采用組分均勻，各項性能指標穩定的粉煤灰粒化高爐礦渣粉，不應使用高鈣灰和磨細灰，應優先選用Ⅰ級粉煤灰。

礦粉技術要求應滿足表2的規定。

表2 礦粉的技術要求

粉煤灰的技術要求應滿足表3的規定。

表3 I級粉煤灰的技術要求

3.3 細集料

（1）對于強度小于C60混凝土宜采用Ⅱ類機制砂。

（2）可在機制砂中摻入一定比例的天然砂，改善混凝土的性能。

（3）用于海工混凝土的機制砂細度模數宜控制在2.6～3.2，MB值宜小于1.0，石粉含量宜小于10%。在配置大流動機制砂海工混凝土時，在滿足MB≤1.40時，經試驗論證可行的前提下機制砂海工混凝土中的石粉含量可以適當放寬到15%。

3.4 粗骨料

（1）粗骨料應選用母巖強度高、粒徑好、集配合理、吸水率小的碎石。

（2）粗集料的檢驗因符合《公路工程集料試驗規程》(JTGE42)執行。

3.5 外加劑

（1）C30強度等級以上機制砂海工混凝土宜選用與機制砂、膠凝材料適應性好、抗吸附能力強的聚羧酸高性能外加劑。

（2）外加劑的性能應滿足表4的要求。

表4 外加劑的技術要求

3.6 拌合用水

不得采用海水、污水和pH值小于5的酸性水，水中氯離子含量應不大于200mg/L,硫酸鹽含量不大于500mg/L。

4 機制砂海工配合比的選定及配置要求

混凝土的配合比應根據原材料品質、混凝土設計強度等級、混凝土耐久性以及施工工藝對工作性能的要求，通過計算、試配、調整等步驟選定。配制的混凝土拌合物性能應滿足施工要求，混凝土坍落度的經時損失、可泵性指標應滿足設計強度、耐久性等質量要求[4]。

低水膠比一般不大于0.4，低用水量一般每立方米不大于180kg，低砂率一般34%～39%，控制膠凝材料總量。為提高混凝土的耐久性和改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜適量摻加優質的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物摻合料。

海工混凝土的要求和特點[5-10]:

（1）機制砂海工混凝土設計以耐久性為目標，大量摻入礦物材料，高性能外加劑和低水膠比。

（2）工作性能：黏度大，對水和外加劑的摻量非常敏感，所以在現場施工中要隨時注意混凝土性能的變化。

（3）力學性能：早期的混凝土強度和彈性模量發展較慢，后期增長較快。

（4）耐久性能：混凝土水化產物與孔隙結構優化，致密。

5 結語

在試驗當中不斷對機制砂的配比進行詳細的總結，不斷掌握機制砂混凝土和河砂混凝土的拌合物性能、力學性能、耐久性能方面的差別，并根據這些各自特點，合理進行大幅或者是小幅的深入調整，以滿足現階段不斷增長的建筑工程的技術和質量要求，保障機制砂資源供應的持續性。通過深入研究兩種砂的混凝土配合比對混凝土性能的影響，為機制砂的實際應用打下堅持的理論與實踐數據基礎。使得無論是使用濕法制作的砂石，還是使用干法制砂的應用以及理論實踐更加的豐富，對工人的實際操作有了深度的指導意義，也使得砂資源的供應鏈條更為完善，制作方法更為精細化。實際應用中要結合具體施工項目的要求合理選取砂子的類型。