不同種類機制砂對混凝土性能的影響

趙博 賴龍潔 李虎成

（深圳市鵬城基業混凝土有限公司）

0 前言

近年來，混凝土用砂持續緊張，價格也不斷高漲，甚至在有些地方有錢也難以買到合格的河砂，河砂甚至淡化海砂都逐漸變為稀缺資源，因此推進機制砂的使用成為必然的選擇。2020 年3 月，國家發展改革委等15 部門印發了《關于促進砂石行業健康有序發展的指導意見》，提出推進機制砂高質量發展；廣東省在2021 年5月也發布了具體的實施方案，明確了建筑用砂未來的主流方向就是機制砂。機制砂的發展方興未艾。但是目前市場上的機制砂種類繁多，很多生產廠家因為缺少專業的技術人員及專業知識，生產出來機制的質量千差萬別。

本研究主要針對深圳及周邊地區生產的機制砂開展了機制砂膠砂流動度試驗和混凝土試配對比試驗，研究不同種類的機制砂對混凝土和易性、抗壓強度的影響。研究發現，機制砂膠砂流動度與混凝土和易性有著良好的相關性，可用于指導實際生產，效果顯著。

1 試驗原材料

機制砂：為了探討不同種類機制砂在混凝土和砂漿體系中深層次的作用關系，盡量減少變量，選取物理性能相近的機制砂，歷時半年左右，收集了13 種滿足II區中砂連續級配的機制砂樣品，取樣量各100 公斤左右，根據亞甲藍值的大小，分別從小到大依次編號1 號樣、2 號樣、3 號樣……13 號樣，其各項物理性能指標如表1。

表1 不同種類機制砂物理性能指標

由圖1 可知，亞甲藍值和含泥量大小整體存在正相關的關系，亞甲藍值可以作為定性判定機制砂中含泥量的主要成分是泥粉還是石粉，其中2 號樣和4 號樣亞甲藍相同都為1.0g/㎏，但是含泥量卻相差2 倍，可能是機制砂中的石粉含量高，被作為含泥量計算導致的結果差異，或者是機制砂本身的化學成分對亞甲藍的吸附不同所造成。

圖1 亞甲藍值與含泥量關系

2 機制砂砂漿流動度試驗

2.1 機制砂砂漿流動度配合比設計

為了機制砂進場驗收時能方便快捷地測得機制砂性能，滿足生產要求，根據水泥膠砂流動度試驗方法原理，結合實際生產中常用標號配合比作為基準配合比，對機制砂進行了不同材料用量的優化，選定膠砂流動度試驗配比如表2。

表2 膠砂流動度試驗配比（g）

2.2 機制砂砂漿流動度檢測結果與分析

從表3、圖2 可以看出，亞甲藍值高的機制砂，膠砂流動度整體低，亞甲藍值低的機制砂，膠砂流動度高，整體呈現負相關性。但是在流動度經時損失方面卻表現不一致，亞甲藍值較高的機制砂膠砂流動同樣較大及損失小，亞甲藍值低的機制砂初始膠砂流動度大，反而經時損失大。部分亞甲藍值較高，膠砂流動度大，可能是因為機制砂中膨脹性粘土礦物含量稍微高而導致亞甲藍值大，也可能是因為存在少量風化巖及部分顆粒毛細孔有一定的吸附能力，所以導致亞甲藍值提高，卻不影響膠砂流動的性能。

圖2 亞甲藍值與膠砂流動關系圖

表3 機制砂亞甲藍值與膠砂流動測定值

其中，相同亞甲藍值的機制砂膠砂流動度卻不同，需要做混凝土試配對比試驗，進一步探討膠砂流動度對混凝土的影響。

3 不同種類機制砂混凝土試配對比試驗

3.1 混凝土配合比設計及原材料選擇

選取常用的中低標號混凝土作為試驗對象，確定試配對比試驗配合比如表4。

表4 對比試驗混凝土配合比(㎏/m3)

水泥：采用廣東肇慶華潤·潤豐P·O42.5 水泥。各項物理性能指標如表5。

表5 水泥各項物理性能指標

粉煤灰：采用惠州平海電廠F 類II 級粉煤灰。各項物理性能指標如表6。

表6 粉煤灰各項物理性能指標(%)

石子：采用惠州石場5～25mm 石子。各項物理性能指標如表7。

表7 石子各項物理性能指標

外加劑：采用深圳五山聚羧酸高性能減水劑。各項勻質性指標為：密度1.043g/cm3，固含量15.28%，PH 值5.1，減水率26.2%

3.2 試驗方法

根據機制砂細度模數和膠砂流動的變化適當調整砂率和外加劑用量，使得出機坍落度達到（200±20）mm，混凝土性能滿足施工的要求，在同等情況下進行不同種類的機制砂混凝土的試配對比試驗，更好地體現不同種類機制砂膠砂流動度對混凝土性能的影響。

3.3 混凝土性能試驗結果

試驗結果見表8。從表8 可見：

表8 混凝土性能試驗結果

機制砂膠砂流動大（亞甲藍值較小）和膠砂流動經時損失越小，混凝土的工作性能越好，同時混凝土1.5小時經時損失也小，這是混凝土工作性能優異的機制砂，如1 號樣、2 號樣、3 號樣、4 號樣、7 號樣、9 號樣、13號樣；其中5 號樣和6 號樣膠砂流動較大，但是流動度經時損失也大，其配制的混凝土初始狀態良好，1.5h 后擴展度損失大；而8 號樣10 號樣，雖然初始膠砂流動度偏小，但是流動度經時損失小，通過提高外加劑用量，同樣有較好的工作性，并且1.5h 混凝土流動性損失也不大，可以滿足施工要求；11 號樣和12 號樣膠砂流動度在200mm 以下，1.5 經時損失超過40mm，其混凝土拌合物外加劑摻量提高了10 點，出機坍落度才能達到200mm 以上，但1.5 小時后坍落度和擴展度急劇降低，其工作性能已無法滿足施工的要求。

3.4 混凝土抗壓強度發展

不同種類機制砂配制的混凝土分別留置3d、7d、28d 試塊，試驗結果見表9，強度增長見圖3。

表9 混凝土抗壓強度試驗結果

圖3 混凝土抗壓強度與機制砂總壓碎值指標關系圖

通過各齡期混凝土抗壓強度的觀察可知，混凝土抗壓強度與機制砂壓碎值存在一定的負相關性，但是總壓碎值指標在20%以下時，對混凝土抗壓強度的影響不大，但是超過20%時則會導致混凝土強度降低。根據砂石標準JGJ 52 的要求，機制砂總壓碎值指標應控制在30%以下，實際生產中，當壓碎值超過20%時宜降低標號使用。

4 結論

不同種類機制砂配制的混凝土性能和抗壓強度有較大差別，通過檢測機制砂膠砂流動度能更準確快捷地鑒定機制砂的質量。膠砂流動初始流動度不小于200mm，且經時損失不大于40mm，MB 值小于1.4，總壓碎值指標20%以內的機制砂，拌制的混凝土工作性和抗壓強度最好；反之，膠砂流動度小、經時損失大的機制砂混凝土工作性差，總壓碎值指標大于20%時還會導致抗壓強度低。

5 展望

隨著建筑行業的不斷進步發展，好的建筑資源不斷變得稀缺，導致建筑行業可用資源緊張，發展機制砂產業代替天然砂是必然選擇。但是不同種類的機制砂，材質、吸附性、壓碎值、細度、含泥量等技術指標對配制混凝土的質量影響很大，所配制機制砂混凝土的長期性耐久性還需要持續觀察研究，機制砂的質量監管和配制混凝土技術還需要大力提升，這也是我們混凝土技術工作者的一份責任。