吴文正
天津金隅混凝土有限公司 天津 300300
摘要：本文首先说明了机制砂混凝土性能要求，然后探讨了机制砂混凝土的配比试验，最后结合具体案例阐述了机制砂混凝土的配比设计应用。
关键词：机制砂混凝土；配比；石粉；级配
一、机制砂混凝土性能要求
经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于 4.75mm的岩石、工业废渣颗粒或矿山尾矿，但不包括风化、软质岩的颗粒，叫作机制砂，俗称人工砂。在生产机制砂的过程中，难免形成一定量的石粉，机制砂中石粉是小于 75μm粒径的颗粒，属于石头结构里的粉末。
（一）力学性能
混凝土的基本力学性能主要表现在抗弯曲力、抗拉力、粘结力度以及抗折断性等，在混凝土中添加机制砂可以有效提升混凝土的力学性能，因为机制砂多有岩石破碎而成，与河砂相比，其质地更为坚硬，且机制砂的表面更加粗糙、棱角较多，对于提升界面的粘结力作用明显。机制砂含有一定量的石粉，石粉和泥的粒径虽然都小于0. 075 mm，但是他们的成份不同，细度相差也较大，泥吸附在砂的表面，妨碍砂与水泥的粘结；而适量的石粉可填充在水泥、细砂的空隙之间，增强机制砂混凝土的工作性。
（二）耐久性
混凝土的耐久性能是指混凝土在长期使用过程中，具有抵抗冻融循环等气候条件、酸碱等物理化学侵蚀作用、受光热作用、流水冲蚀作用的能力，混凝土越密实，抗渗抗冻性越好。混凝土的空隙与混凝土自身的抗冻结性能和抗渗性能有着直接的关系，混凝土的密实度高则空隙也相对较小，其抗渗和抗冻结能力也就相对较强。在混凝土中应用机制砂可以有效减少混凝土内部的空隙，提升混凝土整体密实性，从而使混凝土的抗渗、抗冰冻和抗腐蚀性能得到有效提升。
二、机制砂混凝土的配比试验
（一）试验用试验方法和原材料
1、试验用原材料
机制砂为验证其应用效果，可以采用三种强度不同的混凝土等级，如 C20、C30、C40。选用的胶凝材料在试验时统一采用P.O42.5水泥、S95级矿粉、Ⅱ级粉煤灰、JY-PS-1外加剂、河砂。
2、对比试验方法
（1）采用不同细骨料同强度等级混凝土对比试验。混凝土胶凝材料保持相同的量，并且进行试验混合期间控制水量增加的方法。在同一强度混凝土中使用不同的细骨料，以保持混凝土混合物具有相同的坍落度，新拌拌合物的混凝土再进行和易性、泌水率测试、坍落度的观测，按 GB / T50081-2002标准立方体边长 100mm，两组试件（7天，28天），室内养护24h后脱模，取出模具，然后移入≥95％相对湿度，20°C±2°C的养护室内，养护达到规定测试龄期开始抗压试验。
（2）机制砂石粉同配合比含量的对比试验。机制砂中采用含量分别为 10.0%、5.0%、8.0%、3.0%的石粉含量进行试拌，进行对混凝土拌合的用水量、及 7天、28天的抗压强度的观测。
（二）试验结果分析
1、石粉在机制砂中的含量对混凝土性能的影响
逐渐增加的石粉含量，在基本相同的配合比基础上，拌合物有呈上升趋势的用水量，但未下降混凝土的强度，一定范围内的石粉含量，随增加的石粉含量混凝土会有强度上升的趋势，但上升到一定程度后会出现下降情况。通过试验看出，当为 3%的石粉含量时，混凝土保水性差，和易性也较差；不断增加石粉含量至 8%时，泌水少，易于振实，也明显改善了拌合物的和易性。所以生产混凝土时，石粉含量在机制砂中适当的增加，有利于混凝土的性能，尤其针对于低强度的混凝土生产中，可将混凝土的泌水量和和易性明显的改善，另外其强度也不会降低。浆体的数量会因为适量的石粉得到增加，有着非活性填充料的效果，使水泥更密实，水泥石的空隙得到减少，使得混凝土综合性能得到提高。
2、混凝土性能中机制砂颗粒级配产生的影响
实践表明：混凝土预拌时细骨料要求其较小的空隙率，才能使水泥用量得以节约；集料表面表面积小降低其润湿的需水量；混凝土的黏聚性、保水性、密实性要含有 0.315mm以下粒径的适量细颗粒，以改善和克服混凝土的离析和泌水性；要求成椭圆型和表面光滑的颗粒，使混凝土的摩擦力得到降低，增加其流动性。所以混凝土性能会因为细骨料颗粒级配形成极大的影响，从而使混凝土强度受到影响。细骨料良好的级配可以用较少的用水量制成泌水离析少，且流动性好的混凝土，达到提高水泥质量的效果。
（三）机制砂质量控制
（1）严格控制机制砂进站质量，细度模数尽量控制在 2.5-3.0以内，含粉量控制小于 7.0%。
（2）要根据机制砂细度模数、颗粒级配和含粉量等及时调整砂率及外加剂掺量等，保证出站混凝土的质量符合控制要求。
（3）要及时跟踪机制砂的含水量，避免因机制砂含水变化导致混凝土水灰比控制波动大的情况出现。每天开盘前及生产期间每 2小时测定一次含水量，以便及时调整混凝土配合比，确保出厂砼质量。
（4）使用机制砂在施工时相比河砂易于液化离析，尤其要避免过振现象。
（5）对压碎指标（总压碎值指标应小于 30%）不合格的绝对不应使用，因为这种大多属于风化山砂的性质，使用会大大提高商品混凝土成本，并且增加建筑工程质量的风险。
（6）由于石粉偏细，致使混凝土整体收缩应力增加。因此，在混凝土浇筑过程中，应督导施工单位按规范进行施工和养护，以减少收缩裂缝产生的概率。
三、机制砂混凝土的应用
以某大桥的施工项目为例，该大桥主体跨越380m，以预应力混凝土箱型连续钢构为主结构，使用的混凝土强度等级为C55。大桥主墩高度为72m，使用的混凝土强度等级为C50。大桥建设区域地形较为崎岖，交通不便利，且桥墩较高，因此需采用泵送混凝土技术。该工程区域范围内没有天然砂资源，为满足工程需要，可选用机制砂作为施工原料，提升机制砂的整体质量，以符合工程需求标准。
（一）泵送混凝土对骨料的技术要求
1、细骨料：原料中需要的细骨料需＞15％，细骨料为经0.315mm筛孔筛出的沙料，过筛之后还需经由专门的设备清洗，使其含粉尘量低于７％。
2、粗骨料：粗骨料需的质量需依据实际施工情况来决定。若泵送高度＜50m，则碎石的最大粒径与输送管径的比值约为1：2.5；若高度在50～100m之间，则最佳比例为1：3～1：4；若高度＞100m时，最佳比例为1：4～1：5。对于针片状及高一级粒径骨料总量需严格把控，分别控制在4％及2％以下。
（二）原材料选择
水泥：使用富裕系数为1.1的P.O 42.5普通硅酸盐水泥。
粗骨料：以符合施工要求的、强度为107MPa的石灰岩为主，分为5～10mm和10～20mm两种不同大小的碎石，配置比例为2：8。
细骨料：以3.6的细度模数、含有7％的石灰量且棱角多的机制砂为主。
水：施工过程中均使用符合施工标准的生活用水。
掺和料：主要的掺料为一级粉煤灰。
外加剂：主要运用减水剂，减水率为30％左右。
（三）机制砂泵送混凝土配合比的确定
相较于天然河沙，机制砂具有含气量较小、容重量大等优点，然而机制砂粘性及保水性不够。因此在配置过程中需加大水泥的量，避免其出现坍落问题。该工程使用的机制砂混凝土配置比例如下表所示。
表 混凝土施工配合比
四、结语
综上，在建设过程中，应用机制砂混凝土，可以有效提升工程的整提强度和使用寿命，也能有效降低后期维护成本。施工单位应不断强化对机制砂混凝土的配比设计进行研究与应用，促进工程质量能更好发展。
参考文献：
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[2]徐秀梅.机制砂在混凝土配制和施工中的注意要点[J].铁道建筑技术，2017（11）
[3]杨记芳.机制砂的制备及在混凝土中的应用[J].山西建筑，2018（34）
论文作者:吴文正
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第5期
论文发表时间:2019/9/20
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