機(jī)制砂的優(yōu)缺點(diǎn)及其在混凝土工程中的應(yīng)用

薛曉云

【摘? 要】論文研究了天然砂與機(jī)制砂在混凝土工程中應(yīng)用的優(yōu)缺點(diǎn)，分析機(jī)制砂與天然砂的特性受混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、干縮性、抗凍性、收縮徐變方面的影響。結(jié)果表明，在達(dá)到用砂性能指標(biāo)的前提下，使用優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂與天然砂一樣進(jìn)行混凝土施工生產(chǎn)是可行的。

【Abstract】This paper studies the advantages and disadvantages of the application of natural sand and machine-made sand in concrete engineering， and analyzes the characteristics of machine-made sand and natural sand affected by the strength， elastic modulus， dry shrinkage， frost resistance， shrinkage and creep of concrete. The results show that， on the premise of reaching the performance index of sand using， it is feasible to use high quality machine-made sand as well as? natural sand for concrete construction and production.

【關(guān)鍵詞】機(jī)制砂;天然砂;混凝土;耐久性;彈性模量;干縮性;抗凍性

【Keywords】machine-made sand; natural sand; concrete; durability; elastic modulus; dry shrinkage; frost resistance

【中圖分類號(hào)】TU528.041? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號(hào)】1673-1069（2020）03-0138-02

1 機(jī)制砂具備的優(yōu)缺點(diǎn)

在廣西地區(qū)通常使用機(jī)制砂進(jìn)行施工，通過(guò)積累相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，具體如下。

1.1 機(jī)制砂具備的優(yōu)點(diǎn)

利用機(jī)制砂對(duì)混凝土進(jìn)行配置的優(yōu)點(diǎn)包括：

①使用工廠化的方式進(jìn)行生產(chǎn)，在質(zhì)量方面可以得到很好的保證，也可以從相應(yīng)的選材以及破碎等工藝流程方面建立具體的質(zhì)量監(jiān)控體系，從而混凝土質(zhì)量可以得到良好的保障。②物理力學(xué)的性能比較良好。在生產(chǎn)機(jī)制砂的過(guò)程中可以選擇一些硬質(zhì)的巖石，不可以選擇軟質(zhì)以及有過(guò)風(fēng)化痕跡的巖石。與此同時(shí)，相應(yīng)的含泥（塊）量可以由人工進(jìn)行篩選，這樣就可以對(duì)其進(jìn)行良好的控制，進(jìn)而生產(chǎn)出高強(qiáng)度的混凝土。③機(jī)制砂的顆粒級(jí)配、細(xì)度模數(shù)可以調(diào)整?？梢愿鶕?jù)工程的需要，結(jié)合母材的特點(diǎn)和混凝土的要求，對(duì)于機(jī)制砂的具體細(xì)度模數(shù)以及顆粒級(jí)配進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整的過(guò)程中主要通過(guò)相應(yīng)的破碎設(shè)備以及工藝流程的具體選擇來(lái)實(shí)現(xiàn)。

1.2 機(jī)制砂具備的缺點(diǎn)

①天然砂顆粒在外觀方面比較渾圓，表面非常光滑。天然中砂的細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0，級(jí)配比較好，這樣對(duì)于混凝土的工作性能來(lái)講非常的有利。而機(jī)制砂的顆粒比較尖銳，棱角比較多，表面非常粗糙，細(xì)度模數(shù)在3.0以上，顆粒的級(jí)配相對(duì)來(lái)講比較差，大于2.5mm以及小于0.08mm的顆粒比較多，這樣會(huì)造成混凝土的和易性比較差，從后期制造的混凝土從外觀、質(zhì)量方面來(lái)看存在比較多的缺陷。如果機(jī)制砂在母材方面出現(xiàn)變化，那么非常容易造成機(jī)制砂的質(zhì)量波動(dòng)，這樣也會(huì)對(duì)相應(yīng)的施工帶來(lái)較大的難度。但是，面對(duì)這種情況可以選擇一些比較合適的碎砂設(shè)備，對(duì)于砂中含有的石粉量以及砂率進(jìn)行調(diào)整，從而很好地克服上述問(wèn)題。②機(jī)制砂當(dāng)中一般含有石粉。石粉以及泥的粒徑通常都小于0.075mm，因?yàn)槠渲械某煞植煌?，在?xì)度方面相差比較大。泥顆粒一般都小于0.016mm，而相應(yīng)的石粉顆粒為0.016～0.075mm。通常來(lái)說(shuō)，泥在砂的表面進(jìn)行吸附，對(duì)于砂以及水泥之間的粘結(jié)起到嚴(yán)重的阻礙作用。面對(duì)這種情況可以使用適量的石粉在水泥以及細(xì)砂的空隙之間進(jìn)行填充，這樣可以很好地增強(qiáng)機(jī)制砂混凝土的具體工作性能。

2 機(jī)制砂混凝土的具體特性

2.1 稠度、可塑性以及可加工性

在相同的水灰比條件下，機(jī)制砂混凝土的相關(guān)坍落度和河砂混凝土相比會(huì)比較小，機(jī)制砂本身具備裂隙、空隙以及孔洞的特點(diǎn)，其中，部分顆粒屬于礦物顆粒的集合體，這樣可以起到增大砂石表面積的作用，進(jìn)而可以吸附更多的水分，坍落度也會(huì)減小，用水量就會(huì)相應(yīng)增加。機(jī)制砂和天然的河砂相比較，需水量要增加5～10kg/m3。機(jī)制砂混凝土的具體和易性以及級(jí)配和細(xì)度模數(shù)之間有很大的關(guān)系。與此同時(shí)，還會(huì)涉及相應(yīng)的用水量、水泥的具體用量以及砂率等參數(shù)，因此，需要對(duì)此進(jìn)行深入研究。對(duì)于細(xì)度模數(shù)來(lái)說(shuō)，控制在3.0～3.4為最佳。如果細(xì)度的模數(shù)比較大，那么粗顆粒就會(huì)非常多，級(jí)配就會(huì)顯得較為不合理，進(jìn)而會(huì)造成混凝土的和易性變差，雖然在其中摻入一些粉煤灰可以彌補(bǔ)相應(yīng)的缺陷，但是成本就會(huì)出現(xiàn)很大的提高，經(jīng)濟(jì)性較低;如果細(xì)度的模數(shù)比較小，那么會(huì)出現(xiàn)比較多小于0.075 mm的細(xì)粉，相應(yīng)的需水量也比較大，混凝土的強(qiáng)度會(huì)大幅降低，水泥的用量也會(huì)大大增加。

2.2 力學(xué)性能

混凝土的力學(xué)性能主要包含：抗壓、抗折、彈性模量以及疲勞強(qiáng)度等。目前，對(duì)這些指標(biāo)沒(méi)有進(jìn)行比較深入的研究。對(duì)于抗壓強(qiáng)度以及彈性模量這兩個(gè)主要指標(biāo)來(lái)講，國(guó)內(nèi)外都積累了比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。通常會(huì)利用40%的天然細(xì)砂以及60%的機(jī)制砂進(jìn)行混合，取得的效果比較良好。機(jī)制砂一般都會(huì)采用相應(yīng)的硬質(zhì)巖石進(jìn)行破碎，機(jī)制砂和天然砂相比較，抗壓強(qiáng)度比較好。機(jī)制砂和相應(yīng)的天然砂混凝土相比較，各項(xiàng)性能的指標(biāo)都比較高?；炷恋膹?qiáng)度以及彈性模量和砂的強(qiáng)度有直接的聯(lián)系，此外，和其他的因素也有較大的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)表明，石粉含量對(duì)于混凝土的強(qiáng)度具有較大的影響。如果石粉的含量比較高，那么混凝土的相關(guān)強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)。如果機(jī)制砂的砂率不超過(guò)40%，那么拌和物就會(huì)比較粘稠，相應(yīng)的砂率也會(huì)出現(xiàn)增大趨勢(shì)，工作性能也可以得到較好的改善;如果砂率處于42%～46%時(shí)，強(qiáng)度就會(huì)比較穩(wěn)定;如果砂率超過(guò)了50%，那么強(qiáng)度就會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，相應(yīng)的彈性模量的具體強(qiáng)度也會(huì)出現(xiàn)下降的情況。

2.3 耐久性能

混凝土的相關(guān)耐久性能主要指的是具有抵抗凍融循環(huán)等氣候條件、酸堿等物理化學(xué)侵蝕作用、受光熱作用、流水沖蝕作用的能力。如果混凝土越密實(shí)，那么抗?jié)B抗凍的性能就會(huì)越好?；炷帘旧淼目?jié)B性和其孔隙有很大的關(guān)系。石粉在機(jī)制砂當(dāng)中屬于一種比較有效的填充材料，雖不具備活性，但是也可以很好地提高混凝土的密實(shí)性，有效地增強(qiáng)水泥石以及骨料界面之間的粘結(jié)。石粉可以加速C3S的具體水化速度，并且與C3A以及C4AF之間相互反應(yīng)，最終可以生成相應(yīng)的結(jié)晶水化物，可以很好地使得水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)得到改善，抗?jié)B性可以得到有效的提高。對(duì)于機(jī)制砂混凝土的抗凍融以及耐久性還缺乏相應(yīng)的研究。機(jī)制砂可以對(duì)于混凝土的具體工作性能進(jìn)行改善，具備一定的填充效果，可以改善混凝土的相關(guān)孔隙結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步使得混凝土的密實(shí)度得到加強(qiáng)?；旌仙耙约疤烊恢猩皟烧吖餐渲频幕炷辆邆浔容^優(yōu)越的抗?jié)B性能。機(jī)制砂以及天然細(xì)砂之間的混合可以配制出抗凍性能、抗?jié)B性能以及抗硫酸鹽侵蝕性能比較好的混凝土。由機(jī)制砂以及天然細(xì)砂混合配制出的混凝土的抗?jié)B性和中砂混凝土相比質(zhì)量較差。

3 機(jī)制砂在工程實(shí)踐當(dāng)中的具體應(yīng)用

在南昆復(fù)線鐵路的施工過(guò)程中使用了機(jī)制砂。在施工前期，關(guān)于機(jī)制砂的實(shí)際應(yīng)用在理論上面沒(méi)有相應(yīng)的依據(jù)，從而將其與天然砂等同進(jìn)行使用，這樣一來(lái)就造成了混凝土質(zhì)量下滑的現(xiàn)象，外觀、質(zhì)量也無(wú)法滿足相應(yīng)的要求。通過(guò)后續(xù)的控制工作，混凝土的質(zhì)量得到了一定程度的提高。從而使得混凝土的外觀、強(qiáng)度以及耐久性都得到了很大的提高，也有效地降低了相應(yīng)的工程造價(jià)。

4 機(jī)制砂在工程實(shí)踐當(dāng)中應(yīng)用存在的問(wèn)題

4.1 關(guān)于顆粒形狀以及顆粒級(jí)配的研究

機(jī)制砂的具體顆粒形狀以及級(jí)配都會(huì)對(duì)于混凝土的具體和易性、強(qiáng)度以及耐磨性等都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。特別是需要對(duì)粒徑不大于0.075mm的石粉含量進(jìn)行比較認(rèn)真的研究。粒形不同的機(jī)制砂對(duì)于混凝土的和易性都會(huì)產(chǎn)生比較大的影響，而由片狀顆粒拌制而成的混凝土在和易性方面比較差，最完美的粒形是接近于立方體的顆粒。如果在機(jī)制砂當(dāng)中含有一些適量的石粉，那么可以很好地使得混凝土的強(qiáng)度提高，還可以很好地改善混凝土的和易性，將石粉控制在7%之內(nèi)是最為合適的，但是想要對(duì)于石粉的含量進(jìn)行嚴(yán)格控制是非常困難的，需要對(duì)控制方法進(jìn)行充分的探索。

4.2 關(guān)于配合比的研究

機(jī)制砂混凝土的配合比對(duì)于混凝土的各種性能都有著非常重要的影響。相關(guān)人員應(yīng)該比較深入地開(kāi)展綜合性的試驗(yàn)研究，還應(yīng)該重點(diǎn)地研究石粉的含量、砂率以及水灰比，這些對(duì)于混凝土的性能都有很大的影響。

4.3 關(guān)于設(shè)備的研究

使用機(jī)制砂制作的混凝土的質(zhì)量與攪拌設(shè)備之間也有非常大的關(guān)系，在攪拌的過(guò)程中最好采用比較大型的攪拌站或者相應(yīng)的高質(zhì)量攪拌設(shè)備進(jìn)行攪拌，這樣才可以充分地保證工程的整體質(zhì)量。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，在施工實(shí)踐當(dāng)中對(duì)機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用比較少，關(guān)于這種混凝土的性能還缺乏比較深入和具體的研究。在此后的施工過(guò)程中應(yīng)該不斷地對(duì)其進(jìn)行研究，使機(jī)制砂混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)滿足使用要求，保障其在工程當(dāng)中的應(yīng)用更加廣泛和深入。