整形机制砂在预拌混凝土中的制成及应用

冯立红

汇通路桥建设集团有限公司 河北保定 074000

混凝士是现代主要建筑材料之一，也是世界上生产量最大的人造材料。由于天然砂资源正逐步减少，随着各地政府部门对于开采天然砂执法力度的加大，天然砂作为一种地方资源短时间内不可能再生和长距离运输，造成其价格不断上涨，并早已满足不了市场建设需求，且近年来挖取的天然砂质最也越来越差，颗粒级配不合理、含泥量和泥块含量严重超标，用于工程后影响混凝土产品质量。按照习总书记“两山论”（既要金山银山，也要绿水青山）的发展理念，机制砂的生产和使用应运而生，整形机制砂尤为推崇。

1 整形机制砂的特性

1.1 机制砂的定义、生产和发展现状

DBJ/T13-116-2015《预拌机制砂混凝土生产及施工技术规程》机制砂定义：经除土处理，由机械破碎、整形、筛分制成的，粒径小于4.75mm的母岩为花岗岩、石灰岩的岩石、矿山尾矿颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂[2]。

目前我国机制砂的生产主要有三种形式：一是开矿产石的同时专门生产的机制砂，包括整形机制砂与水洗机制砂两种：二是用河道里的卵石生产的机制砂，或配以少量天然砂生产的混合砂，三是用各种尾矿料生产的机制砂。

1.2 水洗机制砂与整形机制砂对比

普通水洗机制砂：材质不稳定、粒形差（颗粒尖锐，多棱角，表面粗糙）、级配不合理（大于2.5mm和小于0.08mm的颗粒偏多）、含泥量及杂质多、细度模数偏大（大于3.0）、颗粒针片状较多，0.6-0.15mm之间细颗粒偏少，混凝土的和易性较差，对混凝土性能不利，容易引起混凝土的外观质量缺陷。整形机制砂：母材质量稳定可靠（可利用尾矿等废弃物）、粒形佳（圆球形或六面体）、级配（细度模数2.4-3.0）可调，适合配制泵送混凝士、高强混凝士、高性能混凝士，其密实度高，孔隙率低，界面性好可禁性、流动性良好，节约水泥等胶凝材料用量，从而降低碳排放。

1.3 整形机制砂的优势

（1）可满足客户多样性需求，包括各种混凝土、砂浆、砌块、构件、沥青混合科等：

（2）环保优势：杜绝滥采挖天然砂导致的生态破坏；

（3）成本优势：机制砂综合成本比天然砂低；

（4）粒形优：机制砂粒形可以做到接近圆球形或六面体；

（5）可调优势：粒形、级配、细度模数、石粉含量均可调，可以满足不同客户要求；

（6）石粉优势：附属物石粉可以进行二次利用，具有附加值；

（7）质量优势：由于机制砂母岩稳定，厂内加工，质量稳定；

（8）整形机制砂可提高混凝土强度及降低胶凝材料用量，具有明显的经济效益和产品竞争力。

2 整形制砂机概况及主要特点

利用“石打石”的反击破碎机理，立轴冲击式整形制砂机对母材颗粒进行破碎整形，破碎比大，成砂率高；流道腔型设计独特，优化物料抛射轨迹、独特设计的二次打击板大大提高碰撞破碎比；双主机工作模式，可适应0-40mm所有合格原料，可适应较高含水率原料；吨电耗、钢耗低、总运行成本低；可以在线调整级配及细度模数（无需更换筛网）；石粉含量在线可调（3%-15%），高效二级除尘系统符合环保严格要求；高效防堵筛分机，筛分效率高、不堵孔、筛网寿命长；结构紧凑，占地面积小，流程快；整机采用自动化控制，界面直观。整形机制砂粒形接近圆球形或六面体。

3 整形机制砂在混凝士中的配制与应用

预拌混凝士的配制思路：以混凝土配合比设计为重点，采用整形机制砂与水洗机制砂搭配使用，根据各原材料质量状况、混凝土规格品种、泵送及施工要求，确定砂率和机制砂搭配比例；尽可能降低混凝土的单位用水量，达到设计提出的低水胶比、低胶凝材料用量、低浆骨比的要求，并将单位用水量作为控制混凝土成本和质量的项首要控制手段，贯穿于混凝士生产的过程控制和施工管理；配制的机制砂混凝土上可以确保混凝士拌合物的各项性能（坍落度与和易性、流动性、可泵性等）及其混凝土硬化后的各项力学性能、长期性能和耐久性能；按照季节的不同制定混凝士施工与养护注意事项，督促工地按照此严格执行，确保不出现裂缝等。

3.1 混凝土的原材料

水泥：采用保定太行合益水泥有限公司PO42.5水泥，质量稳定。严格控制对体积安定性有较大影响的游离石灰、三氧化硫和氧化镁的含量，做到先检后用，严禁随进随用。

掺合料：采用保定电厂有限公司的1级优质粉煤灰和保定永安建材有限公司的S95矿渣粉。所用1级粉煤灰技术指标符合GB/T1596-2005标准。

（3）粗、细骨料：粗骨料选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小、吸水率小的洁净碎石，产地选择保定易县产花岗岩，粒径5-31.5mm（C50为5-25mm）。细骨料选用整形机制砂与水洗机制砂搭配使用，整形机制砂技术指标不再赘述。

（4）外加剂外加剂选用石家庄市青华建材有限公司生产的缓凝型高效减水JJ-1，其减水率高、坍落度损失小、适量引气，能明显提高混凝土的耐久性且质量稳定，其各项技术指标符合要求。

（5）拌合用水：混凝土拌合用水符合JGJ63-2006《混凝土用水标准》的规定。3.2混凝土配合比设计

机制砂混凝土配合比设计应符合JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，在普通混凝土组分的基础上，按机制砂的特点进行混凝土配合比设计，机制砂普通混凝土的砂率较天然砂混凝土高2-4%，应一般在38-48%之间；机制砂混凝土砂率应根据所搭配的整形机制砂与水洗机制砂的比例、细度模数、颗粒级配、石粉含量，并按所选水灰比及碎石最大粒径通过试验确定。整形机制砂与水洗机制砂搭配使用，不同掺配比例的混凝土配合比的性能指标对比，以泵送混凝土强度等级C30、坍落度150-30mm为例，见表1。

从表1可以看出：

（1）混凝土相同配合比情况下，整形机制砂掺比较水洗机制砂掺比有其优越性，初始坍落度及坍落度损失、7d及28d抗压强度等；

表1 机制砂混凝土配合比指标对比

（2）改善了混凝士的和易性、流动性和泵送性能；

（3）因整形机制砂生产成本较天然砂价格低，节约了混凝土的成本，经济效益显著。

3.2 生产过程质量控制与施工管理

（1）加强相关材料供应商的审查，使用符合机制砂混凝土设计要求的原材料。

（2）进厂的整形机制砂所用碎石及混凝士原材料全部先检后用，并对每批次混凝士生产所用的原材料进行封样保存。

（3）在混凝土的出厂检验中，每天进行相关的混凝土开盘鉴定工作，确保出厂的每批混凝土满足工程的各种质量指标的要求。

（4）浇筑完毕的混凝士及时采取保温保湿养护措施。

4 结语

整形机制砂在企业中的制成及应用，已经取得一定的成果，并积累了一定的经验，关键是要有一个合理的混凝土配合比，有一套严谨的生产供应及施工组织设计，有一套科学的养护工艺，有一种严谨的工作作风。在制订施工技术措施及质量控制措施的同时，逐级进行技术交底，齐抓共管，满足预拌混凝土的各项质量技术指标要求，并且还需政府有关部门的监管与政策扶持。