摘要：机制砂是指粒径不超过4.75mm，并且经过除土处理、机械破碎、筛分制成的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒。机制砂目前的细度模数一般在2.6～3.6之间，属于中粗砂，含有一定量的石粉，不但颗粒级配不规则，而且表面粗糙，棱角尖锐。但是机制砂的颗粒和级配并不是固定的，影响因素有很多，比如各地生产矿源、加工设备、工艺等。文章结合渝怀铁路增建二线站前工程机制砂混凝土施工，结合机制砂机制砂的需水量很大、和易性比较差的特点，介绍使用机制砂时应该的注意事项，以便于为同类工程案例提供参考。
关键词：机制砂；混凝土性能
1 机制砂使用基本概况
随着现代经济的发展，对混凝土的需求量越来越多，而砂作为混凝土生产必不可少的一部分，对于混凝土的性能也有着较为重要的影响。在工程建设领域应用的砂的种类主要有河砂与机制砂，河砂作为一种资源，主要分布在河流的流域范围内，随着大量无节制的开采，目前天然河砂的利用普遍面临着开采难度大，河砂采购成本投入较大，资源不断减少的问题，本项目渝怀铁路增建二线站前工程主要地处贵州铜仁山区，河砂资源匮乏，C50以下混凝土都基本采用机制砂配置相应的混凝土。
2 机制砂对混凝土的影响
(1)机制砂颗粒形态对混凝土的影响。机制砂一般为建筑破碎而成，其表面多菱角，比天然砂粗糙，表面积大，堆积空隙率高，相比天然砂沙在配置相同和易性混凝土下需要增加用水量和胶凝材料用量。不同工艺制作出的机制砂颗粒也有较大差异，通常认为表面比较圆滑、针片状少的颗粒，配置的混凝土性能更加良好，或达到相同工作性能下，需要较少的浆体包裹，可减少用水量和胶凝材料用量。但在长期的试拌中发现，在同样水胶比和同等和易性下，多菱角颗粒堆积空隙率高增大了机制砂和浆体的接触面积从而更加牢固的粘结在一起，所以多菱角粗糙的颗粒对混凝土的抗压强度和抗折强度都有提高，同时也增大了混凝土的渗透性。
(2)机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响：对于天然砂形成而言，主要是岩石被风化或受河水长期冲刷所产生，其较细颗粒75um以下多含有泥粉、黏土、云母及有机质等杂质，这些物质都大多比较惰性，不仅造成混凝土需水量增加而且会阻碍水泥石的水热，还会阻碍水泥石与集料之间的粘结从而导致混凝土后期出现裂纹。但机制砂中小于75um的石粉为机制砂生产过程中的副产物，其性质与母岩完全相同，因此机制砂和天然砂中的泥粉要区分对待。截止目前很多学者关于石粉含量对机制砂混凝土性能的研究结果大相径庭，一部分认为:石粉相比天然砂增大了混凝土需水量导致混凝土较干稠和易性差，另一部分认为:石粉含量对机制砂混凝土和易性影响存在一个度的问题，影响混凝土和易性的利弊取决于石粉含量的把控。 长期以来，大家一般认为石粉是对混凝土有害的，因为缺乏深入的了解，人们都以为石粉不能加以利用，有的地方甚至不惜浪费时间、精力和钱财，想尽办法来除去砂中的石粉。其实，混凝土中加入适当的石粉是有好处的。机制砂混凝土中的石粉的作用有三个，分别是：①水化作用：有研究表明，水化早期形成的钙矾石会在后期向单硫型硫铝酸钙转化，这会降低水泥石的强度，但是加入含有碳酸钙的石粉，就可以有效解决这个问题；另外，石粉是以碳酸钙为主的，而碳酸钙可以和C3A发生水化反应，形成水化碳铝酸钙，从而提高了混凝土的强度。②填充作用：石粉可以填充混凝土中的空隙，充当混凝土的填料，以此增加混凝土的密实度，从而起到惰性掺合料的作用。对于胶凝材料用量少、拌合物性能差的特点，只要使用中、低强度等级的机制砂混凝土，就可以得到有效的弥补。③保水增稠作用：机制砂混凝土中有石粉，可以降低混凝土拌合物离析和泌水的风险。因为石粉可以吸收商品混凝土中的用水，无形中增加了混凝土的单方用水量，所以石粉含量越高，混凝土的粘度就越大；另外，加入石粉也可以减少混凝土的收缩，补偿混凝土后期水化用水，因为，即使混凝土硬化了，以前被石粉吸收的水分也会渐渐释放。现场实际施工中发现，石粉含量应该适量。如果石粉含量过高，不利于集料与水泥石的粘结，因为水泥石中或界面过渡区会出现游离态的石粉，从而降低混凝土性能。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另外，石粉含量超过一定限值后，不利于商品混凝土的耐久性能，因为单方石粉承担的保水量明显减少，干缩明显变大。各种混凝土性能指标表明，一般C50以下混凝土石粉含量应控制在10%～15%，而C50及以上混凝土石粉含量应该不超过10%。
(3)机制砂MB值对混凝土性能的影响： 机制砂MB值是国际上确定机制砂中所含细料还是泥粉的一个重要指标。机制砂是由岩石破碎而成，在母岩的采集中难免将山体中泥土等杂质带入，导致机制砂中0.075mm以下颗粒中含有部分泥粉，泥粉对混凝土的影响有害无利。泥粉在混凝土中有两大不利特征:其一，泥粉颗粒细小表面积大;其二，其中所含黏土类矿物质吸水性强。同条件下泥粉含量增加，第一，使集料表面积增大，原有浆体不能完全包裹集料集料，水泥石不能完全与集料粘结影响混凝土抗压及抗折强度;第二，石粉中粘土类矿物质吸水性强体积不稳定，使混凝土拌合物变的干稠不利于施工性，后期影响水泥石水化热降低混凝土强以及增大混凝土干缩性。研究表明，当泥粉含量小于3%时，泥粉含量对混凝土的收缩的影响随着泥粉含量的增加而增长的比较缓慢，但当泥粉含量超过3%时，泥粉含量对混凝土的影响将快速增长。
3 机制砂混凝土的配合比设计情况
虽然机制砂在中低强度混凝土中的应用已被广泛接受，但在桥梁工程的上部结构高强混凝土工程中，仍然存在不敢使用机制砂的情况，其主要原因是对机制砂混凝土的施工性能和力学性能还心存疑虑。机制砂拌制的混凝土，既有优点也有缺点，其优点如骨料和界面粘结好，缺点是混凝土是混凝土和易性差，需水和水泥量多，现场要充分发挥拌制机制砂混凝土的优点避免其缺点，以下先主要讨论分析一下配置混凝土的用水量和砂率。
(1)单方用水量 河砂由于自身的特性，颗粒比较光滑，自身的内摩擦力小，在混凝土中颗粒间绞合力较小，对水的需求量相对机制砂相对较小。而机制砂表面粗糙，棱角多，造成在混凝土中颗粒间绞合力较大。由于机制砂混凝土黏度较河砂混凝土大，施工坍落度一般保持在180～220mm的话，其单方用水量一般在175～185kg/m3左右，这与河砂混凝土较低的用水量是截然不同的。在相同的坍落度时，如使用较低的用水量，必然导致外加剂超掺，从而导致机制砂混凝土流动性大，但粘性大，泵送性差，经常出现施工现场上加水来降低粘度，导致预拌混凝土的质量无法保证。因而，做机制砂配合比设计时，不能过度的追求使用外加剂降低机制砂混凝土的单方用水量，机制砂混凝土单方用水量应设计的比河砂混凝土略大。
(2) 砂率 一般而言，为提高产能，生产出的机制砂多为中粗砂，砂的细度模数一般在2.6～3.6，1.18mm以上的颗粒较多，较差的机制砂1.18mm以上的颗粒占到了50%～70%，砂中0.315mm的组分在8%～13%波动。多数工程实践表明，如果是泵送混凝土的话采用中砂适宜泵送，砂中通过0.315mm筛孔的数量对混凝土可泵性影响很大。一般通常采用的方法是适当提高砂率，增加0.315mm的颗粒的数量，以保证机制混凝土的可泵性。
4 结语
随着国家建设的蓬勃发展，河砂资源愈发紧缺，机制砂泵送混凝土应用将会越来越多。机制砂由于存在着规格不一、砂两头粗、中间级配少、表面粗糙、石粉含量偏高、需水量较大等缺陷，在混凝土配制技术上和河砂略有差异。因而在配制机制砂混凝土时，混凝土技术人员不能生搬硬套河砂混凝土配制的方法，对石粉的作用、单方用水量、砂率这三个可能走进的误区应加强认识，从而配制出经济性、工作性、耐久性良好的机制砂混凝土。
【参考文献】
[1] GB/T 14684-2011 建设用砂.
[2]TB/T 3275-2018 铁路混凝土.
[3]熊康平. 机制砂混凝土配合比设计及性能分析. 专业资料，工程科技，
论文作者:许良
论文发表刊物:《基层建设》2019年第7期
论文发表时间:2019/6/25
标签：混凝土论文; 机制论文; 用水量论文; 颗粒论文; 含量论文; 水化论文; 和易论文; 《基层建设》2019年第7期论文;