机制砂生产过程中级配分析的试验研究

李军超，殷颉

（1. 济南中粉砼业有限公司，山东 济南 250200；2. 中铁四局安徽中铁工程材料科技有限公司，安徽 合肥 230022）

0 前言

商品混凝土或普通商品砂浆所用细集料一般为天然砂。随着国家对环境及自然资源保护的加强，考虑到天然砂日益枯竭的现状，以及天然砂干燥消耗大量能源的现实，机制砂的生产及在商品混凝土或商品砂浆中的应用势在必行[1-3]。

机制砂是经机械破碎筛分而成，其颗粒尖锐粗糙且带有棱角，同时在其中不可避免地要含有一定量的石灰石粉，这是机制砂与天然砂最明显的区别所在[4-7]。目前，机制砂在商品混凝土或商品砂浆中的应用研究已经有部分研究[8-12]。

本文针对机制砂的生产情况进行分析、分类，然后进行重新组合，确定级配较好的混合机制砂，以便为机制砂在商品混凝土或商品砂浆中应用提供相关的技术数据。

1 机制砂的生产和配制

机制砂作为一种骨料，是商品混凝土或商品砂浆产品必不可少的基料，在整个配方体系中起骨架和支撑作用。砂的圆度、颗粒级配、细度模数、含水率、含泥量（或石粉含量）直接影响混凝土或砂浆的各项检测指标和施工性能。

用机械破碎生产机制砂，主要有两种破碎形式，即锤击破碎及自击（冲击）破碎（石打石工艺），本文对两种工艺生产出的机制砂都进行数据收集，然后进行数据统计、分析、概括，整理出具有代表意义的一整套机制砂筛分试验结果。表 1 为自 2010 年 1 月至 2018 年12 月 9 年以来整理出的机制砂筛分析统计试验结果。

从表 1 可以看出：机制砂级配变化较大，有时颗粒级配很合理，有时颗粒级配非常差，且石灰石粉含量变化比较明显。对于商品混凝土或商品砂浆来说，若机制砂级配变化不大时，实际生产时可以根据机制砂颗粒级配和石灰石粉含量等性能指标变化适当调整混凝土或砂浆配合比，但若机制砂级配变化较大或经常波动时，很难根据机制砂颗粒级配和石灰石粉含量等性能指标变化满足其在生产中的要求。因此，应将机制砂按适当比例进行试配，重新组合使用。根据机制砂的筛分析结果，将机制砂做如下处理：（1）将机制砂用 5.00mm 筛筛分，除去机制砂中大于 5.00mm 颗粒。

表1 机制砂筛分析试验结果统计

（2）将筛后的机制砂经过 2.50mm、0.63mm 两种规格筛子，进行筛分，得到三种级配的机制砂，粒径分布分别为 0～0.63mm、0.63～2.50mm 和 2.50～5.00mm。

商品混凝土或商品砂浆的生产，机制砂的最紧密堆积密度是混凝土或砂浆配制的关键技术之一。机制砂最紧密堆积的最大化，不仅可有效降低胶凝材料的使用量，而且可有效提高混凝土或砂浆的体积稳定性，有助于提高混凝土或砂浆的抗开裂性。

对 0～0.63mm、0.63～2.50mm 和 2.50～ 5.00mm 三种级配机制砂进行重新组合试验，通过测定堆积密度，找出最佳人工砂级配，假定如下：

X1：2.50～ 5.00mm X2：0.63～2.50mm

X3：0～0.63mm

1.1 机制砂 S1 的确定

先将 X2 填充于 X1 中，通过测定堆积密度和作图，得到 X2 与 X1 的最佳搭配，再将 X3 填充于 X2 与X1 的最佳搭配方案中，通过测定堆积密度和作图，得到 X3 与 X1、X2 的最佳搭配，其堆积密度试验结果见表 2、表 3 及图 1、图 2。

表2 X2 填充于 X1 的堆积密度试验结果

表3 X3 填充于 X2 与 X1 的堆积密度试验结果

根据图表可知：机制砂 S1 的搭配比例基本确定为：X1:X2:X3=30:30:40。机制砂 S1 的筛分析和试验性能指标分别见表 4、表 5。

机制砂 S1 适用于商品混凝土、商品干混砌筑和商品干混地面砂浆，以及商品干混抹灰层较厚的干混抹灰和干混防水砂浆使用等。

1.2 机制砂 S2 的确定

将 X3 填充于 X2 中，通过测定堆积密度和作图，得到 X3 与 X2 的最佳搭配，其堆积密度试验结果见表6 和图 3。

图1 X2 填充于 X1 的堆积密度试验结果

图2 X3 填充于 X2 与 X1 的堆积密度试验结果

表4 机制砂 S1 筛分析

表5 机制砂 S1 的试验性能指标

表6 X3 填充于 X2 的堆积密度试验结果

根据图表可知，机制砂 S2 的搭配比例基本确定为：X2:X3=60:40。机制砂 S2 的筛分析和试验性能指标分别见表 7、表 8。

图3 X3 填充于 X2 的堆积密度试验结果

表7 机制砂 S2 筛分析

表8 机制砂 S2 的试验性能指标

机制砂 S2 适用于有特殊要求的商品混凝土或抹灰层较薄的商品干混抹灰和商品干混防水砂浆使用。

2 结论

（1）若机制砂的级配变化不大时，实际生产时可以根据机制砂颗粒级配和石灰石粉含量等性能指标变化适当调整混凝土或砂浆生产配合比，此种机制砂可以直接用于商品混凝土或商品砂浆中。

（2）但若机制砂级配变化较大或经常波动时，很难根据机制砂颗粒级配和石灰石粉含量等性能指标变化满足其在生产中的要求，此种机制砂按适当比例进行重组，否则不能用于商品混凝土或商品砂浆中。

（3）机制砂 S1 适用于商品混凝土、商品干混砌筑和商品干混地面砂浆，以及商品干混抹灰层较厚的干混抹灰和干混防水砂浆使用等；机制砂 S2 适用于有特殊要求的商品混凝土或抹灰层较薄的商品干混抹灰和商品干混防水砂浆使用。