摘要：在高性能混凝土中应用机制砂的主要目的在于采用优质的常规原材料，再通过合理掺合料和矿物掺合料并对其优化配合比的方式，在绿色生产模式和严格的施工中配制出高性能混凝土。研究证实，机制砂的应用可提升高性能混凝土的机械性能、耐久性和长期性。为保证高性能混凝土的应用能够从理论层面落实到具体操作技术层面，文章对机制砂在高性能混凝土中的应用要点和质量控制途径等展开了分析，以供参考。
关键词：机制砂；高性能混凝土；应用
近年来，随着我国西部大开发战略的实施，我国西南地区的基础设施建设进入了一个全新的发展时期，在这过程中，随着工程量的增加，天然砂资源开始逐渐不能满足现代社会发展的需要，受此影响，天然砂的质量指标逐渐降低，导致工程建设质量得不到有效保证。此外，部分人员在利益的驱动下经常性的对天然砂进行无序生产、储存和运输，使得空气和环境污染严重。面对这种情况，积极开展人工砂代替河砂高性能混凝土的研究就变得十分重要且必要了。
1.机制砂高性能混凝土配合比设计研究
1.1配合比的考虑因素
传统上，在高性能混凝土中运用机制砂时，配合比设计主要考虑的指标为高性能混凝土方法的强度、耐久性和经济性，但在实际的工程建设中，由于高性能混凝土通常具有用水量大、水泥用量多的特点，因此，按照上述考虑因素进行设计后，配制而出的混凝土往往会出现硬化后收缩变形的问题，为防止此种自体收缩变形的情况的发生，进行配合比设计时，就应当给予低浆配比以充分考虑。
根据黄氏致密级配配合比设计公式，为保证高性能混凝土的最低浆量、最大单位重的配比设计达到相关要求，最低浆量可由以下公式表示：
其中，Vw为水体积；Vc为水泥体积。由公式可见，为了实现减少V的目标，就必须先减少骨材问空隙量，简言之，在减少水泥浆量的过程中，应给予骨材最佳级配方式充分考虑。另外，根据ACl363高强混凝土委员会的相关建议，在对高性能混凝土强度进行提升时，有必要采用较小的粗骨材，一般而言，增加细骨材粒径增大是可使骨料填入最佳位置的有效方式。
1.2颗粒材料的最佳堆积
通过分析可知，在高性能混凝土中，约有60%-75%的骨料，因此通过直接控制材料配比的方式可以有效地获得最小空隙值。一般而言，可在混凝土中固体材料混合单位重量最大的情况下，通过寻找最小空隙率可以得到混凝土的最佳级配，从而获得较高的强度和较好的工作性。另外，由于颗粒堆积方式对宏观力学行为有很大影响，与土壤颗粒材料一样，颗粒堆积越密，空隙越小；反之，接触点越多，密度越大，理论上讲，颗粒堆积越密。与此同时，在相同的浆料和W/B骨料条件下，总浆料体积减少，相对总耗水量减少。虽然最紧密的填料可以提高混凝土的工作性，但当大量使用骨料时，由于摩擦力的增加，工作性会降低，从而导致混凝土强度降低的负面效应。因此，必须综合考虑压实度和强度的最佳条件。
1.3其他
除了上述因素以外，在进行配合比设计时，还应当考虑以下因素：
第一，界面润滑剂。传统的混凝土配合比设计方法的工作性总是由混合水的增加来调节的，但对于高流动性混凝土，传统的方法可能由于混合水过多而产生不利影响。根据黄氏理论，通过添加高性能减水剂和其他化学掺合料的方式可有效改善了低水胶比流动性，降低了密实堆积颗粒之间的滑动阻力，改善工作性能。
第二，活性掺合料。活性外加剂的应用可以取代部分水泥用量，降低水泥水化热，还可以降低高水泥用量对潜在干缩的影响。另外，活性掺合料可增加混凝土细粉和塑性结合，直接提高混凝土的密实度，改善材料的弱界面区，间接提高混凝土的强度。然而，当活性掺合料应用于混凝土时，其早期强度较低，在使用时必须注意。
第三，浆体与骨材界面粘结料。理论上，只要能粘结惰性骨料，并填补骨料之间的空隙，降低应力集中，强度就可以提高。因此，在相同的水灰比下，浆体应具有相同的强度，避免使用高掺量的水泥粘结剂来降低浆体开裂的可能性，但浆体过少会形成空隙或蜂窝不利于强度，因此高性能混凝土应选用必须找出平衡点，以此避免过多的空隙。
2.应用于高性能混凝土的机制砂的质量控制
2.1质量标准
在GB/T1468—2001中明确规定了人工砂的质量标准，与此同时，正在修订的混凝土砂规格（JGJ52-2006）也会将人工砂的相关质量标准纳入其中。分析可知，前者是源于《国家产品质量法》的产品标准，是机制砂企业应当遵守的法律准则，而后者属于工程应用法规，源自母法《国家建筑法》，是砂石使用企业应当遵守的基本行业规范。砂厂对GBl4684砂进行检验，本矿负责对砂的质量直到产品上车，通过运输卸载堆放的砂子在使用中，用户检验前应符合JGJ52的要求，投入混凝土生产。显然，GBL468和JGJ52各自都有自己的职责和用途，在造砂问题上存在明显的矛盾。鉴于机制砂在高性能混凝土中的应用，应该有具体的规定，有必要研究其关键指标，探索标准应用。
2.2质量控制途径
第一，机制砂压碎指标。破碎指数是指机械砂在外力作用下抵抗破坏的能力，是间接表示机械砂硬度的重要指标。破碎指数直接影响混凝土的工作性能和强度，特别是高强混凝土。对云南省建水、石屏、昆明、通海等不同破碎指标的人工砂进行了对比试验，结果表明，机制工砂的角和粗糙度可以用来表征机制砂的粗糙度，研究机构砂角的试验仪器如图1所示。
图1 棱角性的试验仪
第二，根据JGJ52-92《普通混凝土砂质量标准及检验方法》，在高性能混凝土中应用机制砂时，应当满足以下标准：首先，砂中灰尘和土壤含量小于0.08批次时，混凝土中的灰尘和土壤含量不大于C30，混凝土中的砂当量指数小于C30；其次，采用亚甲蓝试验对小于008m的颗粒进行定性分类；再次，用粘土或杂质含量评价细集料的洁净度；最后，制砂机的选择和可靠性是保证机制砂质量的关键，因此，应当优先选择、锤式、反击式、旋转盘式等设备进行机制砂生产主。
3.结束语
综上所述，在实际的应用中，对机制砂在高性能混凝土中的应用进行理解时应该分为两个层次：第一，理论层面。在这个层次上，高性能混凝土是满足工程需要“个性化”和“优化”的混凝土，是可持续发展理念下的主流技术方向。第二，技术层面。在这个层次上，高性能混凝土需要建立结构设计、原材料、配合比、验收等环节的技术指标体系。
参考文献：
[1]王贵明.机制砂高性能混凝土在思剑高速公路桥梁建设中的应用[J].贵州大学学报（自然科学版），2013，（3）：123-126，130.
[2]杜淼.机制砂高性能混凝土在高速公路工程中的应用[J].建材发展导向（下），2014，（9）：183-184.
[3]刘义峰，李俊杰.机制砂高性能混凝土在高速公路工程中的应用研究[J].国防交通工程与技术，2013，（6）：25-28.
[4]黄盛.机制砂高强高性能混凝土在特大桥中的应用技术探讨[J].交通标准化，2013，（11）：108-110.
[5]叶跃忠.机制砂在平昌金宝大桥高性能混凝土中的应用与研究[D].西南交通大学，2017.
论文作者:陈永利
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/1/21
标签：混凝土论文; 机制论文; 高性能混凝土论文; 强度论文; 骨料论文; 空隙论文; 颗粒论文; 《基层建设》2018年第36期论文;