机制砂在混凝土工程中的应用技术要点

亢素英

（山西振兴公路监理有限公司，山西 太原 030006）

细集料作为混凝土材料的重要组成部分，全世界每年耗用近数十亿立方米，很多地区的细集料已经面临枯竭，且大量的山砂、河砂抽取，造成山体、河流水体破坏等生态问题。为缓解大量基础设施建设带来砂的巨大需求，以及保护山体水体等不可再生生态资源，寻找一种可替代现有天然砂的细集料是众多工程科研人员所面临的问题。机制砂就是一种可替代传统天然砂的可再生材料，如何保证其在混凝土工程中的应用质量，将是本文所论述的重点。

机制砂是指经过除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但不包括软质岩、风化的颗粒[1-4]。机制砂的颗粒级配及细度模数可根据工程需要进行合理调节，石粉可充分利用。

1 机制砂与传统天然砂的区别

机制砂与天然砂有一定的区别，具体特性表现在以下几个方面：

a）机制砂颗粒表面粗糙、多棱角体、细度模数大、石粉含量高，砂中所含石粉有助于改善混凝土的性能。

b）通常情况下，在同一个施工现场，机制砂与碎石一般都是采用相同的母岩加工制作而成的，两者之间的热学性能基本一致，有利于确保大体积混凝土的整体效果。

c）采用同一设备和生产工艺制成的机制砂，其细度模数与单筛的筛余量呈线性关系。换言之，对于同一种机制砂而言，只要准确测出单筛的筛余量就能够获得其细度模数。

d）正常情况下，对于颗粒材料或粉体材料，都会存在着最佳的分布曲线。对于颗粒形状相同的集料而言，都存在最佳级配。机制砂的级配是从几微米到几毫米。机制砂中的石粉其粒径一般在30～40μm，主要作用为微填充，所以机制砂中石粉含量越高，其细度模数越小。

e）机制砂本身的粒级差异相对较大。由机械设备生产出来的机制砂其级配能够随意调整，只要控制细度模数和石粉含量，就可生产出级配优良，质量合格的产品。

f）以机制砂为细集料配制的混凝土，其坍落度有所减小，且混凝土28 d标准强度有所提高，若是保持与天然砂配制的混凝土坍落度一致，会导致单位用水量增大，但在不增大水泥用量的情况下，水灰比变大后，混凝土强度不会降低[5-8]。

2 机制砂对混凝土工作性的改善作用

机制砂中的石粉在一定的范围内，可以改善混凝土的工作性能，并能提高混凝土的密实度、抗渗性、抗冻性，从而提高混凝土的耐久性。具体原因如下所述：

a）机制砂中的石粉补充了细颗粒，对混凝土能起到润滑和填充作用，增加了拌合物的黏聚性，增强了保水性，使泌水情况得到改善，从而提高了混凝土的和易性。

b）机制砂中石粉在水泥水化反应中起晶棱作用和微集料填充作用。机制砂中石粉的增加使整个混凝土体系中粉体材料总量增加，形成浆体量也随之增加，混凝土有足够多的浆体去包裹粗细集料。同时在水灰比和胶凝材料不变的情况下，增加石粉的用量会使整个浆体变得黏稠，使集料之间的黏结更为紧密，由此提高了混凝土的强度。混凝土越密实，混凝土的力学性能越好，抗渗抗冻效果越好。

c）机制砂中的石粉可以填充到混凝土的孔隙中，起到填充效应，增加混凝土的密实度，从而抑制混凝土的干燥收缩，对混凝土的收缩有利[9-11]。

3 机制砂质量控制要点

机制砂在生产过程中、混凝土施工过程中的质量控制要点：

a）在生产机制砂时，块石有时会夹带一些泥土，从而会对机制砂的质量有所影响。因此，在矿山开采时，应将表面的泥土和植被全部清除干净；在块石装卸时，应将混入的泥土全部清除；通过振动喂料机对块石中混有的泥土进行筛除。

b）在生产时对机制砂细度模数的控制。通常情况下，机制砂的级配相对差一些，这主要是因为累计筛余和通过率较大造成的。为此，想要进一步确保机制砂的细度模数和级配，就必须依赖最小级振动筛网来实现，而洗砂强度的调整则可凭借对水流量的调节及工人观察来实现。经过大量的实践表明，当最小级振动筛筛孔尺寸为3.5 mm时，可控制在3.4 mm以内，级配能够满足标准要求。

c）机制砂压碎指标的控制。压碎指标主要用于反映机制砂的坚固性，即判断其抵抗外力作用破坏的能力。机制砂的耐压碎性能在一定程度上会制约混凝土的强度发展。尤其对高强混凝土的影响较大。颗粒形状相对完好的机制砂，其压碎指标值一般在20%～25%这一范围内。机制砂中针片状含量多少对压碎值指标有所影响。而拌制混凝土的机制砂压碎值必须控制在30%以下。为此，应当尽可能选用母岩抗压强度较高的、岩体完整性较好的岩石来制备机制砂，这样能够使压碎值指标符合标准要求。

d）配制机制砂混凝土，其石粉含量最好控制在10%以内。不同国家的标准对石粉含量有着不一样的要求。石粉在水泥混凝土中的最佳掺量受到多种因素的制约，这些制约因素主要有机制砂母岩的种类，机制砂本身的粒形、粒度分布，以及所需配置混凝土的具体要求，尤其是对矿物掺和料的要求。对于混凝土而言，一个合理的石粉掺量是有积极意义的。但由于不同石粉，其自身的各项性能差异较高，使其在不同的水泥混凝土体系中的用法与用量均不相同，需根据具体的试验进行确定。

很多科研工作者对石粉含量进行了研究，目前的研究结果主要为最佳石粉含量为：15%～18%、17%±2%、16%；这些数据为我们日后在使用机制砂过程提供了一个基础性的参考数据，我们可以在这些基础数据的基础上进行上下延伸，最终通过试验确定合理含量。

e）在机制砂-水泥混凝土配合比设计中，砂率、用水量、减水剂的大小是至关重要的3个参数，需达到精确控制。首先，在试验中采用“五点法”对砂率进行选择，确定一个基础砂率，在此基础上，上下浮动2%进行和易性试验与力学性能考察，确定最佳砂率。用水量以及减水剂的确定也是同样过程，需综合考虑三者的协同作用，考察因素可增加弹性模量，收缩应变等性能。

f）机制砂中的石粉是一种惰性的填充矿物，石粉含量较高时，相当于增加体系中粉料的用量，黏度增大，使得浆料不宜混合均匀，需增加一定的搅拌时间，使粉料均匀包裹于集料表面，避免出现露石等现象。

g）有序合理的振捣，防止漏振、欠振和过振。机制砂中含有一定量的石粉，具有填充空隙、包裹砂粒表面、降低骨料间内阻力的作用，使混凝土容易振捣密实，因此在使用中，需控制振动成型的时间，可适当缩短振捣时间。

h）机制砂应注重加强整个龄期的养护，机制砂中含有石粉与一定量的黏土，这些都成为日后产生干缩裂缝的隐患，需加强龄期养护。

4 结论

混凝土材料是一种包容性很强的体系，经过科研工作者的不断努力与研究，可以消纳现有的固体废弃物资源或者试验中被遗弃的“劣质资源”。机制砂在混凝土中的成功应用，就是一个经典的应用示例。只有从事混凝土的技术人员不断实现自我突破，才能实现混凝土结构真正的绿色化。