機(jī)制砂在水泥混凝土中的應(yīng)用

孟玲吉++安平++范金國(guó)

摘 要：介紹機(jī)制砂使用于水泥混凝土中的性質(zhì)及應(yīng)用性能。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；混凝土；技術(shù)性能

Mechanisms of sand in cement concrete

Meng Ling-ji 1，An Ping 2，F(xiàn)an Jin-guo3

（1 Rizhao Port Group Co.， Ltd.； 2 Rizhao City Roads Agency；

3 Rizhao City East Highway Administration， Shandong Rizhao 276826）

Abstract： The mechanism of the nature and application performance using sand cement concrete.

Keywords： Mechanism of sand； technical performance； concrete

1.前言

國(guó)內(nèi)外應(yīng)用機(jī)制砂的情況在美、英、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用人工砂（機(jī)制砂）作為混凝土細(xì)骨料已有30多年歷史，在各種建筑工程中應(yīng)用比較普遍，關(guān)于機(jī)制砂的材料與試驗(yàn)、使用標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善。而我國(guó)在建筑方面采用機(jī)制砂從20世紀(jì)60年代已經(jīng)起步，但河砂、江砂等天然砂的使用還比較普遍，1973年國(guó)家建委在貴州省召開了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用的論證會(huì)，通過(guò)建材業(yè)和建筑業(yè)的經(jīng)驗(yàn)交流，肯定了研究成果，并制定了《機(jī)制砂混凝土技術(shù)規(guī)程》。自此，機(jī)制砂的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大，由建筑行業(yè)擴(kuò)大到公路、鐵路、水電、冶金等系統(tǒng)，由擋護(hù)工程擴(kuò)大到橋梁、隧道及水工工程，從砌筑砂漿發(fā)展到普通混凝土、鋼筋混凝土，預(yù)應(yīng)力混凝土、泵送混凝土、氣密性混凝土及噴錨支護(hù)等工程。但是由于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范的不完善及試驗(yàn)材料的滯后，我國(guó)建筑業(yè)對(duì)天然砂還存在較強(qiáng)的依賴性，在許多重要結(jié)構(gòu)中對(duì)機(jī)制砂的使用還存在限制條件。

2.機(jī)制砂特性分析

機(jī)制砂（譯為manufactured sand）是“巖石經(jīng)出土開采、機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑小于4.75mm以下的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖的顆?！?。

2.1機(jī)制砂總體性能

機(jī)制砂顆粒由于具有棱角和表面較粗糙，因而拌制的混凝土和易性較差，可引起混凝土的較大泌水率，但機(jī)制砂中通常含有石粉可以部分改善混凝土的工作性能。通常在同一工地，機(jī)制砂與碎石是同一種母巖制成，熱學(xué)性能一致，對(duì)大體積混凝土技術(shù)效果尤為顯著。

2.2機(jī)制砂的規(guī)格

粒度級(jí)配良好的一種砂子，一個(gè)細(xì)度模數(shù)只對(duì)應(yīng)一個(gè)級(jí)配，同時(shí)它的細(xì)度模數(shù)和單篩的篩余量成線性關(guān)系，對(duì)于一種砂子，先通過(guò)試驗(yàn)建立關(guān)系式后，只要測(cè)定一個(gè)單篩的篩余量即可快速求出細(xì)度模數(shù)。機(jī)制砂中石粉含量的變化是隨細(xì)度模數(shù)變化而發(fā)生變化的，細(xì)度模數(shù)越小，石粉含量就越高；反之，細(xì)度模數(shù)越大，石粉含量越低。機(jī)制砂按細(xì)度模數(shù)分為中砂和粗砂（一般3.1-3.9為粗砂；2.3-3.0為中砂）兩種規(guī)格。機(jī)制砂小于0.075mm的顆粒（即石粉），按其性質(zhì)和在混凝土中的作用，都不能等同于天然砂中的泥含量。

3.機(jī)制砂混凝土與天然砂混凝土的比較

因?yàn)闄C(jī)制砂由機(jī)械破碎、篩分制成，顆粒形狀粗糙尖銳、多棱角，通常用它來(lái)配制混凝土砂率比天然河砂混凝土大；并且機(jī)制砂顆粒內(nèi)部微裂紋多、空隙率大、開口相互貫通的空隙多、比表面積大，加上石粉含量高等特點(diǎn)，與天然河砂混凝土相比，有其自身的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下2個(gè)方面：

3.1堅(jiān)固性與耐久性試驗(yàn)；機(jī)制砂的堅(jiān)固性能比河砂稍差，但仍然達(dá)到GB/T 141684293標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等品指標(biāo)，在普通混凝土中使用不存在問(wèn)題。但在經(jīng)常遭受摩擦沖擊的混凝土構(gòu)件中使用，除必須摻用外加劑，還應(yīng)控制混凝土的灰砂比和砂的壓碎指標(biāo)與石粉含量。

3.2機(jī)制砂石粉含量對(duì)水泥拌合物性能的影響；通過(guò)水泥的試驗(yàn)、砂漿試驗(yàn)、混凝土試驗(yàn)用機(jī)制砂配制混凝土與天然砂無(wú)大的區(qū)別，一般來(lái)講，同坍落度的前提下，機(jī)制砂的用水量要稍大些，但要根據(jù)施工條件及結(jié)構(gòu)物和運(yùn)輸?shù)纫蛩乜紤]。但對(duì)混凝土的強(qiáng)度基本不變；用機(jī)制砂配制泵送混凝土等特種混凝土?xí)r注意砂率不宜過(guò)高，防止降低混凝土強(qiáng)度和耐久性等工程質(zhì)量。

4.混凝土試驗(yàn)

結(jié)果表明：在水灰比相同的條件下，機(jī)制砂中小于75μm 的砂粉含量在30%以下時(shí)除高等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度略低于中砂（河砂）混凝土外，其他的抗折、抗拉、抗壓強(qiáng)度以及鋼筋的粘結(jié)力都高于河砂混凝土，參照有關(guān)國(guó)外文獻(xiàn)資料的結(jié)論相符。

4.1混凝土強(qiáng)度

強(qiáng)度是混凝土作為結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)重要依據(jù)。因而機(jī)制砂對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響也是混凝土工作者最關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。據(jù)資料顯示，在同等條件下，用機(jī)制砂配制的混凝土比天然河砂配制出的混凝土強(qiáng)度略高。杜慶蟾等人認(rèn)為：由石灰石破碎而成的機(jī)制砂，其成分是碳酸鈣，處于高濃度氫氧化鈣中，其表面會(huì)發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)，天然河砂成分中二氧化硅含量高，不能發(fā)生類似反應(yīng)；且機(jī)制砂質(zhì)地堅(jiān)硬，有新鮮界面，表面能高；機(jī)制砂表面粗糙、棱角多，有助于提高界面的黏結(jié)。

4.2混凝土彈性模量

機(jī)制砂粗糙多棱角的顆粒在砂漿中起著骨架作用，限制了水泥石的變形及骨料顆粒之間的滑動(dòng)；機(jī)制砂與水泥石間有良好的黏結(jié)界面，使得界面孔隙少，減少了應(yīng)力集中；機(jī)制砂密度大，空隙率小，有利于提高混凝土抗壓彈模的受壓徐變強(qiáng)度。研究結(jié)果均表明在保持相同水灰比和水泥用量的條件下，機(jī)制砂混凝土的彈性模量高于普通混凝土。

4.3混凝土干縮性能

研究結(jié)果顯示：與常規(guī)細(xì)骨料（石粉含量3%）相比，石粉含量為16%和12%的混凝土干縮率分別增大12.8%和4.8%.其中，石粉含量在12%以下時(shí)，干縮率增大緩慢，石粉含量大于12%時(shí)，干縮率迅速增大。并認(rèn)為干縮率隨石粉含量增加而增大，這是由于石粉中小于0.08mm的極細(xì)顆粒隨石粉含量的增加而增多，這種極細(xì)顆粒在混凝土拌和物中起到增加水泥漿含量的作用，混凝土的干縮正是來(lái)源于水泥漿的干縮，顯然，單位體積水泥漿多，導(dǎo)致干縮率增大。

4.4混凝土抗?jié)B性

由于混凝土的抗?jié)B性主要與其孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此大多數(shù)人認(rèn)為機(jī)制砂中的石粉是其提高抗?jié)B性的主要原因?；炷恋难芯空哒J(rèn)為：機(jī)制砂中的石粉只是一種有效的填料，雖然不具有活性，但提高了混凝土的密實(shí)性，增強(qiáng)了水泥石與骨料界面黏結(jié)；而有人則認(rèn)為石粉能加速C3S的水化，并與C3A、C4FA反應(yīng)生成結(jié)晶水化物，并能改善水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)，因此抗?jié)B性能得到提高。

4.5混凝土抗凍性

張映全等在配制C40混凝土?xí)r采用50%的石屑替代河砂以提高混凝土的抗凍性，并得到較好的結(jié)果，其中采用石屑替代的經(jīng)200次凍融循環(huán)后比未替代的強(qiáng)度少損失9.96%。認(rèn)為主要是石粉在一定程度上改善了混凝土的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的抗凍融性。

4.6混凝土耐久性試驗(yàn)

根據(jù)GBJ 82285普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)；混凝土抗壓疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)荷載采用受壓穩(wěn)定脈沖荷載試驗(yàn)荷載循環(huán)次數(shù)為200萬(wàn)次，下限應(yīng)力與上限應(yīng)力的比值稱為荷載循環(huán)特征系數(shù)（P），為0.15。在此條件能承受200萬(wàn)次反復(fù)荷載不破壞，即可在橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)物使用。試驗(yàn)結(jié)果表明，機(jī)制砂混凝土能夠滿足這方面的要求，在自然條件的外力作用下影響混凝土建筑物壽命的諸多因素，一般認(rèn)為凍融交替是主要環(huán)節(jié)，機(jī)制砂混凝土能夠滿足技術(shù)規(guī)范要求。

綜合上述研究結(jié)果，可以看出機(jī)制砂混凝土在工作性、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性、耐久性等方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，尤其是在低標(biāo)號(hào)混凝土中，石粉具有一定的微集料填充效果，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使得其強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性都較天然河砂混凝土好。

機(jī)制砂混凝土摻合料使用，能夠滿足混凝土拌和物性能、力學(xué)性能、變形性能和耐久性能等要求。眾所周知，隨著人口的逐年增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，能源危機(jī)日益逼近。建材產(chǎn)業(yè)作為耗能大戶，更應(yīng)響應(yīng)兩會(huì)的“樹立科學(xué)發(fā)展觀，構(gòu)建和諧社會(huì)”的號(hào)召，社會(huì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)混凝土的綠色化，高性能化，是時(shí)代賦于我們?cè)囼?yàn)人員的歷史使命，在保證質(zhì)量的前提下盡量降低混凝土的原材料成本，適量地節(jié)約水泥而不影響混凝土的質(zhì)量，可節(jié)約能源、節(jié)約水泥就是節(jié)約了能源，自然就使能源消耗減少。機(jī)制砂混凝土的成功應(yīng)用，為機(jī)制砂在混凝土中的推廣應(yīng)用提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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[2] 劉長(zhǎng)俊.遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)，1993.7