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摘要：机制砂的棱角性和长宽比大，影响混凝土的和易性和强度；机制砂级配带来了混凝土性能的差异，应正确认识机制砂级配并适应机制砂级配带来的变化。本文着重分析了机制砂特性，并通过试验分析了机制砂对混凝土性能的影响，为类似工程提供参考经验，更好地促进了机制砂与混凝土工业的发展。
关键词：机制砂；混凝土性能；细度模数
1机制砂特性分析
1.1生产特点
机制砂主要是以当地材料、生产粗骨料的剩余料等为原料，使用专业制砂机生产，通过调整进料量、料浆浓度、进料粒径等参数，可以人为控制机制砂质量，如机制砂细度模数、颗粒形状、级配等是可控的，这也是机制砂与天然砂的本质区别。
1.2外观特征
天然砂的外观是黄色的，不能从外观上判断含泥量；机制砂的外观为灰白色、黑色，颗粒更尖锐，干法制备的原状机制砂（石粉含量10%），肉眼观察如同石粉（或土），与天然砂差异极大。
1.3粗细程度
机制砂的粗细程度根据细度模数，可分为细沙、中砂和粗砂3种，目前以中粗砂为主。当细度模数较大时，粗颗粒多，粒径在300μm内的颗粒较少，级配较为不合理，所制得的混凝土和易性差；当细度模数较小时，粒径在75μm内的颗粒过多，则混凝土用水量较大，导致强度降低。由此可知，当细度模数出现变化时，机制砂的石粉含量会相应地改变。
1.4石粉含量
在机制砂的生产中，不可避免地产生一定量的石粉，即机制砂中粒径在75μm内的颗粒。尽管同样是粒径小于75μm的颗粒，但石粉与天然砂中的泥成分、粒径分布和效果均存在差异，天然砂中的泥对混凝土的影响是不利的，而适量石粉则有利于改善机制砂配制所得的混凝土的和易性、完善混凝上特细骨料级配、提高混凝土密实性。
1.5颗粒形状
机制砂采用的是机械破碎的生产方式，粒形以三角体、方矩体为主，部分存在较多的片状颗粒，表面较为粗燥，棱角多。此种粒形有利于骨料与水泥的黏结，但所制得的混凝土的和易性相对较差。通过上文分析可知，通过适量的石粉可有效弥补和易性这一问题，保证混凝土性能满足要求。
1.6级配情况
机制砂粒级分为4.75、2.36、1.18、0.60、0.30、0.15，通过对机制砂颗粒组成的统计可发现，机制砂中粒径＞2.36mm、＜0.15mm的颗粒较多，中间粒径相对较少（0.30~1.18mm），甚至是存在某一粒级断档的情况。在正常情况下，机制砂级配基本符合天然砂I区或II区砂的技术要求。
2机制砂特性及其对混凝土性能的影响分析
2.1机制砂粉料含量对混凝土性能的影响
与天然河砂相比，机制砂0.075mm以下粉料（石粉＋泥粉）含量通常较高，对粉料的认知以及对其含量的限定影响了机制砂的科学应用。研究发现，机制砂中的石粉在混凝土中的作用是各种正负效应的叠加，过小的粉料含量和过高的粉料含量对混凝土的性能都有负作用，在MB值合格的情况下，以10%的粉料含量（水筛）配制的混凝土往往具有较好的性能。依照最小浆体理论设计机制砂混凝土中各原材料的用量，研究中发现在胶凝材料中细粉（MB值为0.67g/kg）的含量从0%增加到30%的过程中，混凝土的坍落度逐渐减小，而其相应的力学性能则存在一个最优点；由于细粉作为胶凝材料的一部分，在浆体体积恒定时，粉料含量（占胶凝材料）提高，水泥水化所需的水减少，才导致了坍落度的降低。而当粉料作为细集料的一部分掺入时，对于高强混凝土，研究表明粉料含量的变化对坍落度的影响不大，粉料增加了拌合物中的浆体并起到一定的润滑作用，从而对机制砂粗糙的表面对工作性带来的降低有一定的改善，同时，粉料含量的增加提高了用水量，两种作用相互影响，其坍落度基本不变。
2.2机制砂粒形对混凝土耐久性的影响
（1）对混凝土氯离子渗透系数的影响，分别采用石灰岩机制砂、花岗岩机制砂和河砂配制C40混凝土，可以得到混凝土28d氯离子渗透系数，相同配合比下，石灰岩机制砂混凝土28d氯离子渗透系数显著低于其他二者，经分析，其原因在于其粒形综合指数较好，混凝土致密。（2）对混凝土表面渗气的影响，采用autoclam渗气仪器测试混凝土表面抗空气渗透能力，结果见图1。
根据结果分析可知，石灰岩机制砂、花岗岩机制砂和河砂制备所得混凝土空气渗透指数分别是0.087、0.11、0.141Ln10-3kPa(mbar)/min，石灰岩机制砂混凝土表面性能更佳，抗碳化能力更强。综上，通过综合对比显示，机制砂粒形综合指数越高，制备所得混凝土的耐久性也更佳。
2.3机制砂颗粒形状与表面质地对混凝土性能的影响
早期对颗粒形状的评价方法比较简单，只是通过观察并用“圆形、棱角、细长”等词汇描述集料的颗粒形状。在对颗粒形状相差较大的两种细集料（花岗岩机制砂、天然砂）配制的混凝土进行研究时发现，在相同的配比下，为达到相同的工作性（坍落度），颗粒棱角较为明显的花岗岩质机制砂配制混凝土时需要掺入更多的减水剂，且其各龄期的力学性能均优于颗粒形状更为圆润的天然砂配制的混凝土。而后，随着数码分析技术的发展，集料颗粒形状的描述方式转变为更为准确的数字表达（圆度系数、长宽比等）。通过对由机制砂、天然砂配制的砂浆性能的研究发现，砂浆的抗压强度与混合物的堆积密度有关，而与砂的级配和颗粒类型无关。通过DIP测试方法测试机制砂和天然砂的颗粒形状，测试结果表明天然砂的颗粒形状更接近圆形、更为圆滑，在相同水泥用量和固定坍落度下，采用两种细集料配制混凝土，机制砂的需水量更高，含气量更低，且强度也更高。在对3种不同圆形度机制砂（圆形度分别为0.87、0.91、0.94）配制的机制砂混凝土性能的研究中发现，在相同的配合比、颗粒级配和粉料含量（7%）下，随圆形度的提高（即颗粒形状越圆滑），配制的混凝土的工作性越好，抗压强度越高。在机制砂生产中，冲击式制砂机、棒磨机等可以有效降低机制砂长宽比，改善棱角性，但机制砂粒形与表面质地等资源性指标对机制砂混凝土性能的影响的显著性显然低于粉料含量、MB值等加工性指标对混凝土性能的影响。
2.4颗粒级配对混凝土性能的影响
机制砂Ⅰ调整级配，本试验采用44%砂率、7%石粉含量的机制山砂进行试验，得到在不同级配下的混凝土性能检测结果，如表2所示。
从表2数据可知，机制砂的级配对于混凝土的工作性、强度有很大影响，机制砂级配Ⅰ区制备所得混凝土的包裹性较差，抗压强度也偏低，级配Ⅰ区的颗粒较为粗糙，细颗粒较少，造成混凝土包裹性较差；级配调整至Ⅱ区时，细颗粒增加，制备所得混凝土工作性能、强度较好；当级配调整至Ⅲ区时，细度减小，增加了混凝土用水量，工作性能良好，但强度有所降低。综上分析可知，本试验采用44%砂率、7%石粉含量、级配Ⅱ下，机制砂所制得的混凝土工作性能、强度较好。
结语
综上所述，现阶段我国机制砂在公路、铁路、水利等基建工程中的应用已较为广泛，通过机制砂的实际应用可发现，其石粉、含量、细度模数、级配、颗粒形状等诸多特性均会对混凝土的性能产生较大的影响。在实际配制混凝土时，必须严格根据混凝土等级、强度、耐久性等要求，合理选择机制砂类型，确定混凝土砂率与机制砂的石粉含量与级配，确保混凝土质量满足工程施工要求。
参考文献
[1]尹亚柳.机制砂混凝土的性能与配合比研究[J].重庆：重庆大学，2016.
论文作者:叶雅聪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：混凝土论文; 机制论文; 颗粒论文; 性能论文; 含量论文; 粒径论文; 形状论文; 《基层建设》2018年第26期论文;