机制砂和天然细砂在高性能混凝土中的研究

崔永锋

（泉州力量混凝土有限责任公司，福建 泉州 362000）

一、机制砂、天然砂混凝土试验

试验所需材料：粗骨料是5-31.5碎石（G）；细度模数为3.7的机制砂（Sl）；细度模数为1.8的天然砂（s2）；细度模数为2.5的天然砂（S3其他各项指标都符合优质中砂）；水泥采用的是P.O+2.5水泥（C），且各项性能指标都满足要求；掺合料为s95矿渣粉（sLga）和II级粉煤灰（FA）；所用减水剂为聚梭酸系减水剂（AD）。

第二，①试验的方法：胶凝材料总量与掺合料相同，以机制砂、细砂、中砂分别配制混凝土，不掺外加剂让其达到相同的坍落度（SLumP）时的混凝土需水量（笔者称不掺外加剂的混凝土用水量为原水），原水结果见表1。

②试验的方式：胶凝材料总量与掺合料相同，以纯机制砂配制混凝土，通过增加砂率或者增加用水量来观察机制砂混凝土的工作性，混凝土的坍落度（SLumP）、流动度（FLow）具体数据见表2。

（三）试验结果对比和分析

实验结果分析表明，机制砂因其较强的吸水率，在水胶比一致的前提下，同天然砂相比，机制砂作为原料的混凝土的拌合物比较干且硬，和易性以及流动性都稍差。将试验结果进行对比可知，如果决定采用机制砂作为混凝土的配置原料，则适当的提高水胶比，以达到天然砂原料制作的混凝土配合比的设计要求。另外，机制砂的形状不规则，同天然砂相比，比表面积更大，浆体体积也会更大，故而机制砂混凝土的浆体空隙率要大于天然砂混凝土，且其填充性也不如天然砂混凝土，需要添加细颗粒砂的含量才能制成理想的机制砂混凝土。

试验中使用的机制砂由于是不同批次的，其级配不同，故而混凝土拌合物的工作性能也存在较大的不同。因此，在采用机制砂配置混凝土时，需要提前做好级配处理，以满足国家要求的标准及规范，否者，不但无法满足国家标准，混凝土的质量也很可能不能满足工作需求。此外，还应将机制砂进行过筛，剔除其中超过4.75mm的颗粒，颗粒在4.75mm到2.36mm之间，则看成碎石。经过过筛之后，确保机制砂的砂率来提高工作性能。

二、机制砂和天然细砂复合配置混凝土试验

在上述实验分析的基础上，可以考虑将天然细砂取代一部分的机制砂，从而将混凝土的拌合物级配提升，然后将改善之后配置的混凝土同纯天然砂的混凝土再次进行比较分析。

级配试验：在该试验中，天然砂的细度模数为1.8，机制砂的细度模数为3.7，我们分别进行5组试验，每组试验中的机制砂和天然砂的比例不一样，我们依次将它们的比例调配为1∶1、0∶1、1∶0、1∶2、2∶1，这5组的试验结果在表3及图1中，试验结果表明，第1、4、5组试验结果中配置的混凝土的性能较符合要求，即天然砂和机制砂的比例配置得到的砂细度模数较符合中砂 的细度要求。

三、强度性能试验

1 试验所需材料与方式

试验方式：基于同种胶凝材料适当的调整砂率及外加剂的用量来进行适配，在不断的适配中改善混凝土的和易性，接下来，对适配的混凝土进行为期不等的几组抗压强度试验，时间通常是3、7、14及28天，同时还要进行为期28天的劈拉强度试验。试验结果见表4。

2 试验结果研究与分析

第一，机制砂在混合砂中的比例不同，混合砂的抗压强度也会不一样。抗压强度的增长趋势固定，并非随着混凝土龄期增长而变动，机制砂的掺量则会对混合砂制成的混凝土的抗压强度存在着影响。掺和料及水胶比一致时，机制砂的掺量增加，那么在混凝土试块的抗压强度在3天及7天的时候会出现下降的趋势，然而在21天之后，试块的抗压强度就和天然细砂制成的混凝土的抗压强度相差不大了。因此，机制砂在前期的抗压强度弱于天然砂混凝土的抗压强度，随着时间的推移，其抗压强度就会提升，且增速逐渐加快，直至同天然混凝土的抗压强度大致相同。试块一般出现水泥胶凝体面及粗骨料粘结这两种破坏形态，同天然砂混凝土的破坏形态是没有太大差别。且试块在经过3到7天的养护之后，其破坏形态是表现在表面上颗粒较大的机制砂，这些机制砂非常显眼，出现这中破坏形态，主要是机制砂混凝土的自身浆体没有好的填充性，且机制砂本身的圆润度就没有天然砂好，颗粒表面的净度也不如天然砂，从而机制砂混凝土在早起同水泥胶体间的粘结程度也是相对较差，试块在早期的抗压强度也受到影响。然而机制砂本身具有的新鲜岩面，在粗糙的同时，也加大了混凝土集料之间的摩擦力度，集料咬合力增强，机制砂同凝胶材料之间的粘结程度也加大，故而试块强度随龄期增长而增长，且速度也不断增加。机制砂混凝土试块在后期的抗压强度甚至可以高于天然砂混凝土试块的抗压强度。第二，机制砂的比例对混凝土的劈拉强度的影响。试验中，混凝土劈拉破坏形态同样具有水泥胶凝体面及粗骨料间粘结破坏，且同天然砂混凝土的破坏形态不存在太差差别，故而，可以断定，试块劈拉强度的主要影响因素之一就是粗骨料的表面形态，细骨料对其影响不大。

表1 不同砂配制混凝土原水

表2 机制砂混凝土工作性

表3 天然砂与机制砂不同比例配制的筛分析

表4 不同比例下机制砂与天然细砂配置混凝土的劈拉强度、抗压强度结果

图1 天然砂与机制砂不同比例配制的筛分析图

结语

第一，在用机制砂进行混凝土的配置时，掺入相应的天然河砂，可有效改善混凝土的性能，若按照天然砂混凝土配合比来进行机制砂混凝土的配置，则需将其用水量以及砂率提升，为了不增加用水量，可适当提高外加剂用量。第二，由于机制砂不规则粒形以及片状石屑容易对混凝土强度造成影响，对此，在进行配置时，要加强机制砂中这些片状石屑含量的控制，尽量确保其粒形的规则，最终混凝土的强度才是有保证的。第三，在用机制砂进行混凝土的配置时，需要事先实施人工级配处理，根据机制砂的级配选择合适的天然细砂，同时适当地将高效减水剂掺量增加，以此有效改善混凝土性能。第四，由于缺乏有关指标检测以及级配的不稳定容易使混凝土的中工作状态出现较大的波动，继而影响其应用，因此，在进行配置时，应对不同批次机制砂质量实施检测，确保其满足配置要求，从而进一步保证混凝土应用的可靠性与稳定性。

[l]谷月兰，贾鹏.人工砂高性能混凝土和天然细砂混凝土的性能研究[J].粉煤灰综合利用，2009（01）：12-13.

[2]胡晓曼，董献国.机制砂和细砂在高性能混凝土中的研究[J].混凝土与水泥制品，2012（01）：13-16.