新型加工的花岗岩机制砂混凝土的性能及应用

苏玉奎

摘要：为提高花岗岩机制砂的使用率，文章针对传统机制砂存在的石粉含量多、级配差、颗粒棱角多等质量问题，提出改进机制砂的加工工艺来消除原材质量问题，并通过配合比试验验证新型加工的花岗岩机制砂对混凝土性能的影响。试验检测结果显示，新型加工后的花岗岩机制砂可提高机制砂的质量，用其配制的各标号混凝土性能和抗压强度可以满足设计要求并广泛应用。

关键词：机制砂;混凝土;性能指标;抗压强度

0 引言

由广西路建工程集团有限公司承建的松旺至铁山港东岸高速公路位于玉林市博白县和北海市合浦县境内，该处位置石灰岩地材较少，而花岗岩地材较多。随着近年来周边城市的发展，各种建设及工业活动对砂石材料的需求量大幅增加，河砂作为混凝土的重要组成成分，其价格也在逐年攀升。因此，在保证工程建设特别是高标号混凝土质量的前提下，就地取材，将花岗岩代替河砂作为混凝土细集料的生产原料，对节约工程建设成本极为重要。

花岗岩是机制砂的主要母岩，其价格较低且在全国各地均有较大储量，开采和使用均相当便利[1]。本文针对传统工艺生产的花岗岩机制砂存在的石粉含量多、级配差、颗粒棱角多等一些质量问题，通过改进生产工艺，确定新型的机制砂的加工方法，以满足现状建设项目成品的高质量、高品质要求。本文还介绍了花岗岩机制砂施工运用中的注意事项，对新型花岗岩机制砂的加工推广与应用具有一定的借鉴意义。

1 传统工艺生产的花岗岩机制砂特性

众所周知，现阶段机制砂的生产已趋于成熟，但是其生产工艺仍难以保证成品机制砂的石粉含量、颗粒粒型及级配的稳定性，无法达到在建高速公路建设项目对精品机制砂的高质量要求。细集料作为混凝土生产的主要原材料，如果使用不合格的机制砂，对混凝土的使用质量会造成一定的影响，如：（1）石粉含量多，洗砂过后级配不良，导致混凝土的和易性差;（2）成品机制砂的棱角多，表面粗糙，与碎石表面粘结力不够，会影响混凝土的抗压强度和工作性能，容易引起混凝土的外观质量问题[2]。

2 新型花岗岩机制砂加工工艺

针对上述传统工艺生产机制砂存在的问题，通过查阅相关学术成果，结合以往项目生产经验，为满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/F50-2011）[3]对机制砂的含粉量、颗粒棱角性要求及现状高速公路建设项目对结构物成品的高质量、高品质要求，项目通过试生产，分别从原材料母岩选取、机械设备选型以及生产工艺等几个方面考虑，改进一种新型花岗岩机制砂的生产过程，以消除传统机制砂存在的石粉含量高和颗粒级配不稳定、棱角多等问题。

（1）材料方面，选择优质花岗岩母岩进行机制砂加工。所用母岩要求强度高、孔隙率相对较低、岩性稳定且含泥量较少。

（2）机械方面，采用专用机制砂生产设备。由于机制砂所选用的母岩强度较高，且花岗岩机制砂对成品的粒型提出了较高的要求，根据破碎机型的破碎原理选定锤式破碎机作为新型花岗岩机制砂的破碎设备。筛分机方面，根据生产经验，机制砂的性能之所以难以达到要求，其中重要的因素包括机制砂石粉的含量较高，而多元组合振动筛能适用于中、小块且含粉料多的筛分要求。因此，新型花岗岩机制砂筛分机的选型为多元组合振动筛。

（3）破碎工艺：一次破碎不能满足成品机制砂的质量要求，采用两次破碎才能满足成品机制砂的颗粒粒型要求。即第一次破碎对原材料母岩进行破碎，第二次破碎对粗加工的成品进行精加工破碎。另外，为满足颗粒棱角性和压碎值指标要求，在以往机制砂生产的基础上，采用颗粒碰撞摩擦的方式打磨机制砂棱角，改善颗粒粒型，再结合水洗或鼓风形式控制砂的含粉量。

3 新型花岗岩机制砂和混凝土的试验检测

3.1 新型花岗岩机制砂的试验检测

由于机制砂对颗粒的粒型要求较高，经破碎后的集料的棱角性也要满足一定的要求。为了验证改进生产工艺后新型花岗岩机制砂的产品质量及其对混凝土的性能影响，试生产后，结合现行技术标准要求，本項目对新型花岗岩机制砂的技术指标和掺配不同标号的混凝土进行了检测，检测结果如表1～4所示。

3.2 新型花岗岩机制砂混凝土的试验检测（见表4）

3.3 结果分析

（1）新型花岗岩机制砂的性能影响

根据表1～3中的实验结果可得：改进加工工艺之后的新型花岗岩机制砂，其石粉含量控制标准值内，颗粒棱角减少，从而改善了级配，避免过度洗砂，增加了机制砂的产能。

（2）对混凝土和易性的影响

根据表4中的实验结果可得：以新型花岗岩机制砂生产的混凝土坍落度在标准值内，不泌水，浆体与骨料的粘聚性良好。

（3）对混凝土抗氯离子渗透性的影响

根据表4中的实验结果可得：以新型花岗岩机制砂生产的各标号混凝土的抗氯离子渗透性能不同，C25机制砂的相关性能指标较差，而C50和C60机制砂的相关性能指标在相同的实验条件下依次增强。

（4）对混凝土抗压强度的影响

根据表4中的实验结果可得：新型花岗岩机制砂级配良好，颗粒棱角减少，其生产出来的高标号混凝土28d抗压强度指标仍能满足强度等级要求，是一种更优良的混凝土原料。

4 实际应用

基于上述实验内容及结果，为提高花岗岩机制砂的利用效率，保证混凝土的使用质量，新型花岗岩机制砂在其实际工程应用中应注意以下事项：

（1）新型花岗岩机制砂制作前要根据原材料的设计质量要求对加工设备进行有针对性的比选，加工过程中需进行二次破碎，并采用颗粒碰撞摩擦的方式打磨机制砂棱角，改善颗粒粒型，使机制砂级配符合设计要求。

（2）如果以该新型花岗岩机制砂为原材料制备混凝土，相比于以天然砂材料为原料，则需要加大水在总材料中的比例，从而保证混凝土的强度和坍落度满足施工设计标准。在其实际应用中有这样的建议主要基于以下两个原因：①通过上述实验结果可以发现，相比于自然砂，机制砂中粉末的比例偏高，因而以机制砂为原料制备的混凝土往往具备更强的吸水性;②由于机制砂材料中泥土的含量明显偏高，也提高了水的需求量。

（3）在实际应用中需要严格控制水泥材料的使用比例，如果大量使用水泥材料，水化热现象明显，加速混凝土的收缩徐变，导致混凝土表面部位龟裂，缩短结构物的使用年限。同时也会造成浪费和不必要的经济损失。

（4）如果以该花岗岩机制砂为原材料制备混凝土，务必严格控制粉尘的配比。结合实验结果和上述分析，相比于自然砂，机制砂中粉末的比例偏高，相当于本身就含有一定量的粉尘，如果不严格控制，将会使得混凝土粉尘的比例偏高，从而对最后整体施工效果带来不良影响。

5 结语

通过本次试生产，可得如下结论：

（1）优质的花岗岩机制砂经过改进生产工艺，可减少石粉及含泥量，改善颗粒级配和减少颗粒棱角，使表面更加光圆。

（2）以优质的花岗岩机制砂为原料的混凝土，其和易性状态、氯离子迁移系数和高标号混凝土的抗压强度值等指标均可满足现行的技术规范标准。

目前，我国城市化进程正不断深化，对混凝土砂料的需求越来越大，但过度开采砂料，不可避免地会影响环境。在保证工程混凝土使用质量的前提下，使用花岗岩机制砂不仅能响应政府保护环境的号召，还能缩减施工原料成本。根据相关统计，大量使用花岗岩机制砂可降低施工中42%～55%砂类原料的成本。

参考文献：

[1]李 强.花岗岩机制砂对混凝土力学性能的影响研究[J].内蒙古公路与运输，2018（6）：49-51.

[2]宋 超，黄 明，王 纳.论机制砂混凝土外观质量的质量控制措施[J].山西建筑，2012，38（2）：225-227.

[3]JTG/TF50-2011，公路桥涵施工技术规范[S].