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摘要：砂是混凝土组成的主要材料，随着建筑业的发展和对建筑工程质量的重视，建筑市场用砂数量越来越大，质量上要求也越来越高。本文探讨了机制砂高强混凝土配合比设计及应用。
关键词：机制砂；高强混凝土；配合比设计；应用
随着建筑工程的日益增多，建筑用砂量呈现逐年递增趋势。天然砂作为建筑用砂中比例最大的砂材，具有短时间内不可再生资源的属性，并且在天然砂急剧匮乏的情况下，机制砂在许多地域开始大量推广。然而，当机制砂代替天然砂成为常用细骨料材料后，其出现了许多天然砂不曾有过的性能特性，按天然砂的使用方法应用机制砂，会使混凝土出现诸多不良现象，从而在生产施工过程中引发各种工程事故。究其根源，因机制砂混凝土性能受影响的问题没有得到解决。因此，如何设计出合理的配合比，从而获得性能理想的机制砂混凝土，是解决问题的关键。
一、机制砂概念
机制砂属于人工砂的一种，是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒，用专门的制砂机生产，多数呈灰白色或黑色，一般含有10-15%左右的石粉（粒径小于75mm的岩石颗粒），级配中大于2.36mm和小于0.15mm的颗粒偏多，细度模数普遍在3.0～3.7内，粒形多呈三角体或方矩体，表面粗糙。因此，要控制机制砂的级配与细度模数，关键在于对最小级振动筛筛孔尺寸以及除尘设备的调整。机制砂中的泥块主要是由块石夹带泥土而来，控刺机制砂中的泥块含量，需做好以下工作：开采矿山时应清除干净表面植被和泥土；在块石装卸过程中防止泥土混入；当块石中含有较多泥土时应人工拣出；当进场机制砂泥块含量过高时，及时清场并通知料场采取有效措施，防止因机制砂泥块含量过高，给混凝土施工带来安全隐患。
二、机制砂混凝土的配合比设计原则
1、机制砂混凝土的砂率应根据自身细度模数、颗粒级配、石粉含量，按所选水灰比及碎石最大粒径通过试验确定，不宜按天然砂混凝土砂率的取值方法选取。
2、机制砂混凝土的砂率一般较天然砂混凝土高，机制砂细度模数越小、级配越好、石粉含量越大，砂率越小。在保证混凝土拌合物粘聚性良好的前提下，尽可能选取较小的砂率，以保证混凝土的弹性模量和减少干缩收缩。比如，对C50混凝土而言，采用河砂（中砂）时一般砂率取值为38%～40%左右，而机制砂砂率用到44%，才能取得良好的拌合物工作性能。
3、机制砂混凝土工作性对用水量的改变和砂率变化比较敏感。
4、机制砂配制混凝土的单位用水量，与其级配、颗粒形状、石粉含量密切相关。高石粉含量机制砂混凝土应掺用减水剂，减水剂的掺量会随着石粉含量的增加而增大。
三、机制砂混凝土配合比设计中的要点
1、严格控制大颗粒含量。要求机制砂中大于5mm颗粒含量不超过10％。当5 m以上颗粒含量过多时，会影响粗骨料级配，使混凝土拌和物易出现泌水、离析现象，造成混凝土强度不均匀；浇筑时易产生离析。
2、选择合理的砂率。选择合理的砂率能使混凝土具有较大的流动性，保持良好的粘聚性、保水性，砂率还影响混凝土的强度。由于机制砂在加工过程中大于5mm的颗粒含量较高，因此在进行混凝土配合比设计时，应适当提高砂率，可取45％-55％。砂率偏低易造成混凝土粗糙，坍落度小，不易拌和、浇注和振捣；在运输过程中易产生泌水、离析；混凝土易产生蜂窝、麻面且外观质量差。砂率偏高，会造成混凝土拌和物坍落度大，水泥用量多，混凝土收缩徐变大，使混凝土强度不均匀，易产生表面裂缝。因此，应根据混凝土强度、施工工艺和外观质量要求，选择合理的砂率。
3、水灰比范围。水胶比对混凝土强度等性能的影响非常明显。通过研究w/c=0.41时，水胶比的抗压强度处于C50混凝土配置强度边缘，如水泥胶砂强度富余系数较低、胶凝材料比例从15%提高到20%等因素变化，混凝土抗压强度不易满足，甚至达不到要求；尤其是较高的水胶比会使收缩和徐变增大，这对机制砂混凝土是一个值得重视的问题。因此，控制机制砂高强混凝土水胶比范围为0.32～0.38。这个水胶比范围包括了掺粉煤灰、水灰比小于0.4的混凝土，同时，有利于保证混凝土的强度、长期性能和耐久性能，也比较符合工程实际情况。
4、石粉含量。石粉含量按规定不应超过7％，石粉含量越大、坍落度越小。在施工过程中通过试验，适当提高石粉含量对混凝土强度无显著影响，但能有效提高混凝土的和易性、粘聚性、保水性和流动性，可改善混凝土的工作性能，易于混凝土的运输、浇注和振捣，同时保证混凝土外观质量。石粉含量最高不宜超过10％，否则混凝土和易性大，易产生表面收缩裂缝，强度低，弹性模量亦减小。
5、用水量。混凝土具有良好的和易性是保证混凝土正常浇注和强度的基本要求。相同强度等级的混凝土，在水泥用量、水灰比、砂率相同的条件下，用机制砂比用河砂和易性差，混凝土拌和物坍落度小、流动性差、易离析。为保证混凝土拌和物具有较好的和易性，在掺入必要外加剂的同时，混凝土拌和用水量比使用河砂时增加8％左右。
6、含气量。选择适宜的含气量，可提高混凝土抗冻性能，改善混凝土拌和物性能和施工性能，提高混凝土匀质性和稳定性。从施工性能和冻融耐久性两方面考虑，通常应保证混凝土含气量2%-4%。
四、机制砂混凝土在在高速公路工程中的应用
高速公路工程建设中，砂主要用来作为渗水性填料，还可用于路基、隧道等建筑物的施工中，在一些山区高速公路路勘测中，有时会出现该地区没有足够的天然砂但石材较多的情况，为此，可采用爆破和机械轧制等方法将硬质岩石制成机制砂。
1、工程背景。华丽高速21标全长6.2km，其中桥梁6.2km，预制T梁1430片，该工程使用较多的高性能C50混凝土，而且当地有较为丰富的石灰石，能满足质量要求的河砂资源较少，而且整体质量不稳定。若从其他地方输运质量较好的河砂，价格相对较高，为降低工程成本并保证工程质量，该工程充分利用该地区的石灰岩，采用机制研进行混凝土施工。
2、施工情况。该工程对机制砂的生成控制要求较高，对级配和石粉的含量都进行严格的控制，为此选用干净和强度满足要求的母岩作为机制砂原材料，在制砂设备上选择锤击式的生成工艺。石子粒径采用5～20mm，且为连续级配。工程的实际使用配比为，水泥（42.5）：机制砂：石子：水：减水剂＝491：813：1061：162：5.89。机制砂在进行混凝土拌和时粘聚力较大，振捣密实比较困难，而且在施工中会出现表面泌水的现象，为此机制砂的配合比要同河砂一起掺配，发挥两种材料各自的优点，并掺入高效减水剂，增加混凝土的粘聚性，减少泌水现象。机制砂的含粉量＜7％。对桥梁预制T梁工程的混凝土，根据现场实际，振捣采用平板振捣器，振动器的振动时间控制在15s～20s之间，模板边缘、传力杆和预埋件附件采用插入式振动器，并刮走多余的混凝土，混凝土表面要做到平整，不露石子。
3、试验数据。据该高速公路工程的施工情况，用42.5水泥配置C50混凝土，一共制作22组混凝土抗压试件，试验结果如表。由表 1可知，机制砂通过掺配少量的河砂混凝土能满足高速公路工程中的试验指标设计要求，施工混凝土质量达到使用的要求，该工程在造价方面也得到了有效控制，机制砂的配合比要体现高性能混凝土的一些应用实践，通过控制混凝土浇筑过程中的和易性和坍落度等，可较好的将机制砂推广到高速公路桥梁预制T梁工程中，本试验也说明机制砂在桥梁工程工程混凝土的应用是可行的。
表1 抗压试验结果
五、结语
随着环保和可持续理念的认同，在混凝土工程中机制砂得到较为广泛的应用。同时，高性能混凝土在耐久性、工作性和体积稳定性方面具有良好性能，因此，机制砂混凝土已被各国建设者们所接受和推广，也是今后混凝土技术研究和发展方向。
参考文献
[1]苏斌.浅谈机制砂的研究与应用[J].山西建筑，2015.
[2]廖友洪.浅谈机制砂在高强混凝土中的应用[J].城市建筑理论研究，2014．
[3]蒋正武.机制砂在混凝土中的应用研究[J].四川建筑，2015．
论文作者:胡志波,贺佰冻
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第16期
论文发表时间:2018/11/1
标签：混凝土论文; 机制论文; 含量论文; 强度论文; 颗粒论文; 性能论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2018年第16期论文;