機(jī)制砂在混凝土工程中的應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)

亢素英

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006）

細(xì)集料作為混凝土材料的重要組成部分，全世界每年耗用近數(shù)十億立方米，很多地區(qū)的細(xì)集料已經(jīng)面臨枯竭，且大量的山砂、河砂抽取，造成山體、河流水體破壞等生態(tài)問(wèn)題。為緩解大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來(lái)砂的巨大需求，以及保護(hù)山體水體等不可再生生態(tài)資源，尋找一種可替代現(xiàn)有天然砂的細(xì)集料是眾多工程科研人員所面臨的問(wèn)題。機(jī)制砂就是一種可替代傳統(tǒng)天然砂的可再生材料，如何保證其在混凝土工程中的應(yīng)用質(zhì)量，將是本文所論述的重點(diǎn)。

機(jī)制砂是指經(jīng)過(guò)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化的顆粒[1-4]。機(jī)制砂的顆粒級(jí)配及細(xì)度模數(shù)可根據(jù)工程需要進(jìn)行合理調(diào)節(jié)，石粉可充分利用。

1 機(jī)制砂與傳統(tǒng)天然砂的區(qū)別

機(jī)制砂與天然砂有一定的區(qū)別，具體特性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

a）機(jī)制砂顆粒表面粗糙、多棱角體、細(xì)度模數(shù)大、石粉含量高，砂中所含石粉有助于改善混凝土的性能。

b）通常情況下，在同一個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)，機(jī)制砂與碎石一般都是采用相同的母巖加工制作而成的，兩者之間的熱學(xué)性能基本一致，有利于確保大體積混凝土的整體效果。

c）采用同一設(shè)備和生產(chǎn)工藝制成的機(jī)制砂，其細(xì)度模數(shù)與單篩的篩余量呈線性關(guān)系。換言之，對(duì)于同一種機(jī)制砂而言，只要準(zhǔn)確測(cè)出單篩的篩余量就能夠獲得其細(xì)度模數(shù)。

d）正常情況下，對(duì)于顆粒材料或粉體材料，都會(huì)存在著最佳的分布曲線。對(duì)于顆粒形狀相同的集料而言，都存在最佳級(jí)配。機(jī)制砂的級(jí)配是從幾微米到幾毫米。機(jī)制砂中的石粉其粒徑一般在30～40μm，主要作用為微填充，所以機(jī)制砂中石粉含量越高，其細(xì)度模數(shù)越小。

e）機(jī)制砂本身的粒級(jí)差異相對(duì)較大。由機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)出來(lái)的機(jī)制砂其級(jí)配能夠隨意調(diào)整，只要控制細(xì)度模數(shù)和石粉含量，就可生產(chǎn)出級(jí)配優(yōu)良，質(zhì)量合格的產(chǎn)品。

f）以機(jī)制砂為細(xì)集料配制的混凝土，其坍落度有所減小，且混凝土28 d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度有所提高，若是保持與天然砂配制的混凝土坍落度一致，會(huì)導(dǎo)致單位用水量增大，但在不增大水泥用量的情況下，水灰比變大后，混凝土強(qiáng)度不會(huì)降低[5-8]。

2 機(jī)制砂對(duì)混凝土工作性的改善作用

機(jī)制砂中的石粉在一定的范圍內(nèi)，可以改善混凝土的工作性能，并能提高混凝土的密實(shí)度、抗?jié)B性、抗凍性，從而提高混凝土的耐久性。具體原因如下所述：

a）機(jī)制砂中的石粉補(bǔ)充了細(xì)顆粒，對(duì)混凝土能起到潤(rùn)滑和填充作用，增加了拌合物的黏聚性，增強(qiáng)了保水性，使泌水情況得到改善，從而提高了混凝土的和易性。

b）機(jī)制砂中石粉在水泥水化反應(yīng)中起晶棱作用和微集料填充作用。機(jī)制砂中石粉的增加使整個(gè)混凝土體系中粉體材料總量增加，形成漿體量也隨之增加，混凝土有足夠多的漿體去包裹粗細(xì)集料。同時(shí)在水灰比和膠凝材料不變的情況下，增加石粉的用量會(huì)使整個(gè)漿體變得黏稠，使集料之間的黏結(jié)更為緊密，由此提高了混凝土的強(qiáng)度?；炷猎矫軐?shí)，混凝土的力學(xué)性能越好，抗?jié)B抗凍效果越好。

c）機(jī)制砂中的石粉可以填充到混凝土的孔隙中，起到填充效應(yīng)，增加混凝土的密實(shí)度，從而抑制混凝土的干燥收縮，對(duì)混凝土的收縮有利[9-11]。

3 機(jī)制砂質(zhì)量控制要點(diǎn)

機(jī)制砂在生產(chǎn)過(guò)程中、混凝土施工過(guò)程中的質(zhì)量控制要點(diǎn)：

a）在生產(chǎn)機(jī)制砂時(shí)，塊石有時(shí)會(huì)夾帶一些泥土，從而會(huì)對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量有所影響。因此，在礦山開采時(shí)，應(yīng)將表面的泥土和植被全部清除干凈；在塊石裝卸時(shí)，應(yīng)將混入的泥土全部清除；通過(guò)振動(dòng)喂料機(jī)對(duì)塊石中混有的泥土進(jìn)行篩除。

b）在生產(chǎn)時(shí)對(duì)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的控制。通常情況下，機(jī)制砂的級(jí)配相對(duì)差一些，這主要是因?yàn)槔塾?jì)篩余和通過(guò)率較大造成的。為此，想要進(jìn)一步確保機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)和級(jí)配，就必須依賴最小級(jí)振動(dòng)篩網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而洗砂強(qiáng)度的調(diào)整則可憑借對(duì)水流量的調(diào)節(jié)及工人觀察來(lái)實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐表明，當(dāng)最小級(jí)振動(dòng)篩篩孔尺寸為3.5 mm時(shí)，可控制在3.4 mm以內(nèi)，級(jí)配能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

c）機(jī)制砂壓碎指標(biāo)的控制。壓碎指標(biāo)主要用于反映機(jī)制砂的堅(jiān)固性，即判斷其抵抗外力作用破壞的能力。機(jī)制砂的耐壓碎性能在一定程度上會(huì)制約混凝土的強(qiáng)度發(fā)展。尤其對(duì)高強(qiáng)混凝土的影響較大。顆粒形狀相對(duì)完好的機(jī)制砂，其壓碎指標(biāo)值一般在20%～25%這一范圍內(nèi)。機(jī)制砂中針片狀含量多少對(duì)壓碎值指標(biāo)有所影響。而拌制混凝土的機(jī)制砂壓碎值必須控制在30%以下。為此，應(yīng)當(dāng)盡可能選用母巖抗壓強(qiáng)度較高的、巖體完整性較好的巖石來(lái)制備機(jī)制砂，這樣能夠使壓碎值指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

d）配制機(jī)制砂混凝土，其石粉含量最好控制在10%以內(nèi)。不同國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)石粉含量有著不一樣的要求。石粉在水泥混凝土中的最佳摻量受到多種因素的制約，這些制約因素主要有機(jī)制砂母巖的種類，機(jī)制砂本身的粒形、粒度分布，以及所需配置混凝土的具體要求，尤其是對(duì)礦物摻和料的要求。對(duì)于混凝土而言，一個(gè)合理的石粉摻量是有積極意義的。但由于不同石粉，其自身的各項(xiàng)性能差異較高，使其在不同的水泥混凝土體系中的用法與用量均不相同，需根據(jù)具體的試驗(yàn)進(jìn)行確定。

很多科研工作者對(duì)石粉含量進(jìn)行了研究，目前的研究結(jié)果主要為最佳石粉含量為：15%～18%、17%±2%、16%；這些數(shù)據(jù)為我們?nèi)蘸笤谑褂脵C(jī)制砂過(guò)程提供了一個(gè)基礎(chǔ)性的參考數(shù)據(jù)，我們可以在這些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行上下延伸，最終通過(guò)試驗(yàn)確定合理含量。

e）在機(jī)制砂-水泥混凝土配合比設(shè)計(jì)中，砂率、用水量、減水劑的大小是至關(guān)重要的3個(gè)參數(shù)，需達(dá)到精確控制。首先，在試驗(yàn)中采用“五點(diǎn)法”對(duì)砂率進(jìn)行選擇，確定一個(gè)基礎(chǔ)砂率，在此基礎(chǔ)上，上下浮動(dòng)2%進(jìn)行和易性試驗(yàn)與力學(xué)性能考察，確定最佳砂率。用水量以及減水劑的確定也是同樣過(guò)程，需綜合考慮三者的協(xié)同作用，考察因素可增加彈性模量，收縮應(yīng)變等性能。

f）機(jī)制砂中的石粉是一種惰性的填充礦物，石粉含量較高時(shí)，相當(dāng)于增加體系中粉料的用量，黏度增大，使得漿料不宜混合均勻，需增加一定的攪拌時(shí)間，使粉料均勻包裹于集料表面，避免出現(xiàn)露石等現(xiàn)象。

g）有序合理的振搗，防止漏振、欠振和過(guò)振。機(jī)制砂中含有一定量的石粉，具有填充空隙、包裹砂粒表面、降低骨料間內(nèi)阻力的作用，使混凝土容易振搗密實(shí)，因此在使用中，需控制振動(dòng)成型的時(shí)間，可適當(dāng)縮短振搗時(shí)間。

h）機(jī)制砂應(yīng)注重加強(qiáng)整個(gè)齡期的養(yǎng)護(hù)，機(jī)制砂中含有石粉與一定量的黏土，這些都成為日后產(chǎn)生干縮裂縫的隱患，需加強(qiáng)齡期養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)論

混凝土材料是一種包容性很強(qiáng)的體系，經(jīng)過(guò)科研工作者的不斷努力與研究，可以消納現(xiàn)有的固體廢棄物資源或者試驗(yàn)中被遺棄的“劣質(zhì)資源”。機(jī)制砂在混凝土中的成功應(yīng)用，就是一個(gè)經(jīng)典的應(yīng)用示例。只有從事混凝土的技術(shù)人員不斷實(shí)現(xiàn)自我突破，才能實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)真正的綠色化。