摘要：在桥梁工程建设中，砂作为结构混凝土重要的组成材料，其质量优劣直接影响着混凝土的性能和桥梁工程质量。在进行机制砂的生产加工过程中，应注意结合工程施工建设实际需求，生产出符合工程施工建设要求的机制砂，同时注意进行机制砂生产加工技术的研究，以提高机制砂生产加工质量，推动机制砂在工程混凝土施工中的应用。
关键词：大桥工程；机制砂；混凝土；建议
1机制砂概述
1.1机制砂的形貌
将机制砂和天然砂进行比较发现，天然砂颗粒比较圆润，主要是因为其实在自然环境下形成的，而机制砂是经过机械磨制而成，所以颗粒更加尖锐，棱角分明，外形一般呈三角或者是多角体，还有部分机制砂有很多片状颗粒。除此之外还发现，在相同塌落度和水泥用量条件下，机制砂和天然砂在配制混凝土的时候，机制砂需要更多的水，可是强度也具有更大的优势。
利用天然砂和花岗岩机制砂对混凝土进行配制的时候，我们可以发现，配合比相同的条件下，想要实现相同的塌落度，利用棱角比较明显的花岗岩机制砂进行配制过程中需要使用更多的减水剂，而且各龄期的抗压强度还有力学性能都比天然机制砂各个方面都有更多的优势。
1.2机制砂的粒径
机制砂通常情况下是指粒径在4.75毫米以内的颗粒，如果粒径在75μm以内而且和母岩的组成成分相同的话就被称作石粉。机制砂通常情况下粒径在150μm以内和2.36mm以上的颗粒比较多，处于中间的颗粒相对比较少。在磨制过程中最好将机制砂的细度控制在2.6到3.7之间最为科学合理。如果细度模数太低的话就会造成颗粒很多和石粉含量过高，如果细度模数过高就会造成混凝土的黏聚性不是很好。
2机制砂配制混凝土
2.1石粉的利与弊
（1）级配调节作用：对于机制砂混凝土中细集料级配比较差的情况，合理的石粉含量可以适当调节细集料的级配，改善混凝土的工作性。对于低、中强度等级的机制砂混凝土来说，能够弥补胶凝材料用量少、拌合物工作性差的缺陷。
（2）参与水泥水化反应：试验研究表明，石粉作为核晶对水泥的水化反应有促进作用和匀化作用，若石粉中含有碳酸钙成分，由于其能够在水泥水化早期有效抑制钙矾石在后期向单硫型硫铝酸钙转化，从而具有良好的提高水泥石强度的效果。此外，若石粉中含有活性碳酸钙，通过和C3A的水化反应，还能够有效增强混凝土的抗压强度。
（3）填充混凝土毛细孔：石粉可充当混凝土的细填料，将其毛细孔空隙进行有效填充，如此不仅可提高混凝土的密实度，还可提高混凝土的抗冻性和抗渗性。
（4）使混凝土保水增稠：一定量的石粉存在，在新鲜混凝土中的吸收拌合用水，混凝土的单方用水量会因此增加，随之增强的还有石粉含量，如此可增大混凝土的粘聚度，及降低离析风险发生的概率。另外，混凝土在硬化的过程中石粉会将之前吸收的水分释放出来，便于水泥的后期水化反应，客观上降低了混凝土的收缩和徐变的绝对值大小。
中铁大桥局试验人员经过大量的试验发现：机制砂的石粉含量并非越大越好。机制砂中石粉的主要化学成份是碳酸钙，尽管参与水泥水化反应会取得一些良好的效果，但能够参与到水泥水化反应中的数量是十分有限的，多余的石粉会游离在外围，有碍于集料和水泥石的粘结，限制混凝土强度提升。机制砂石粉含量超过一定限值后，干缩反而明显加大，也降低了混凝土的长期性能和耐久性能。我们认为，C50以下混凝土机制砂石粉含量控制在10~18%是合适的，C50及以上混凝土石粉含量限制在6~10%，是比较合理的。
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2.2机制砂混凝土配合比设计的思考
2.2.1混凝土用水量
天然河砂由于长期自然流动形成的特点，颗粒表面非常光滑，颗粒之间相互的内摩擦力很小，在混凝土中颗粒间绞合力小，对拌合用水的需求量与机制砂比相对较小。而机制砂的采用机械破碎表面比较粗糙，有棱有角，在混凝土中颗粒间绞合力大，聚羧酸外加剂的过量使用会造成混凝土粘性急剧增加，从而导致混凝土泵送困难。
2.2.2砂率
我国山区目前生产出的混凝土机制砂一般要求为中粗砂，机制砂的细度模数在2.3~3.6，一些机制砂生产企业的产品1.18mm以上的颗粒较多，占到了50~65%，砂中0.315mm的组分在7~14%波动，级配不太合理，从筛分情况看，两头多，中间颗粒比较少。我国多数工程实践表明，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。日本泵送混凝土规程规定为10~30%，美国混凝土协会推荐的细骨料级配曲线建议为20%；国内工程实践亦证明，此值过低输送管易堵塞，四川、湖北、山东、广东等地泵送混凝土施工经验表明，此值都在15%以上。相关规范标准中要求，细骨料应符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》规定，通过0.315mm筛孔的砂不应少于15%，有良好的连续粒级。砂场生产出的机制砂颗粒0.315mm级的数量略显不足，同时颗粒直径在1.18mm以上的偏多，导致泵送的机制砂混凝土配比较困难，我们采用的方法是适当提高砂率，增加0.315mm级的颗粒的数量，满足机制砂混凝土的可泵性和工作性。
不要认为砂率越大越好施工，过大的砂率虽然对混凝土的工作性有利，却大大增加了混凝土的早期收缩，体积稳定性差及出现塑性开裂等风险，在夏季温度较高的时候施工会表现得格外明显。进行机制砂混凝土配合比设计时，注意选择适宜的砂率，我们通过大量的试验表明，通常配制机制砂泵送混凝土要比河砂混凝土高出5~10%的砂率。
2.2.3水泥及减水剂的影响
水泥作为桥梁混凝土中最重要的胶凝材料，对机制砂混凝土性能起至关重要的作用，硅酸盐水泥的主要矿物组分是硅酸三钙，硅酸二钙、铁铝酸四钙、铝酸三钙。硅酸二钙水化速度慢，对混凝土后期强度影响大，水化硅酸三钙，铝酸三钙，铁铝酸钙水化速度快，主要影响混凝土产品的早期强度。钙矾石是由水泥水化产物C—A—H（水化铝酸钙）和硫酸根离子结合产生的结晶物水化硫铝酸钙（简称AFt）。钙矾石产物可以提高机制砂混凝土的早期强度，同时可以对机制砂混凝土的收缩进行补偿，而延迟钙矾石却引起混凝土的膨胀开裂破坏，这就是所谓钙矾石作用的矛盾的二重性。硅酸盐水泥的凝结、硬化，以及主要水化产物的特性，水化硅酸钙（C—S—H）凝胶约占水化产物总量的68%，提供水泥石硬化的主要粘结力和硬化体的主要强度，并对水泥石的耐久性起主要作用。聚羧酸系减水剂是我国市政工程、交通工程和铁路工程中最常用的一种混凝土超塑化剂（减水剂），减水剂与水泥及其他各种砂石料的适应性至关重要。配合比设计非常重要，通过试验，配制出具有一定的经济性、工作性好、强度高、长期性能及耐久性良好的机制砂混凝土。
结论
随着我国天然河砂的日益匮乏和国家环保局对生态环境保护严格要求，有些地区已对河砂过度开采下达了禁令，因此，采用机制砂代替河砂将是今后混凝土发展的必然趋势。由于目前生产的机制砂在粒形、级配、石粉含量等特性指标上达不到天然河砂的内在品质，在机制砂混凝土设计配制技术上又与河砂有所不同，用机制砂设计混凝土配合比时不能机械地套用河砂混凝土的设计配合比的配制方法，必须针对机制砂固有特性指标，分析可能对混凝土性能带来的影响，采取相应的措施配制出符合桥梁工程的设计强度等级、工作性稳定，流动性好、长期耐久性和经济合理的高性能混凝土，推动机制砂混凝土全面地发展应用。
参考文献：
[1]杨善顺.石粉对机制砂混凝土性能的影响[J].科技风，2017（14）：1.
[2]王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[J].武汉理工大学：材料学：2017，148.
论文作者:高许平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/11
标签：混凝土论文; 机制论文; 水化论文; 颗粒论文; 水泥论文; 矾石论文; 强度论文; 《基层建设》2019年第5期论文;