贵州机制砂在混凝土中的应用

李 波

（中铁（贵州）市政工程有限公司，贵州 贵阳 550031）

1 贵州机制砂的应用情况

我国河砂资源十分丰富，但是由于早期的无限制开采，导致众多地区河砂资源面临枯竭，出于环境保护要求，全国各地已经出台了多项河砂禁采政策，为保证工程建设项目的顺利开展，机制砂的使用已经成为一个必然趋势。贵州省是我国最早将在机制砂投入使用的省份，其早期受限于独特的地理环境，天然砂长距离运输费用高、时间长，出现了“用砂奇缺”的情况，为此在地方支持下，结合工程建设开始机制砂研究。20世纪60年代，猫跳河梯级水电站工程建设中就成功应用了机制砂混凝土。经历了50多年的发展，贵州机制砂各方面技术均走向成熟，推广效果也尤为显著。与天然砂相比，机制砂成本优势显著，如贵州机制砂成本可控制在60元/t，采取就地制作的方式，将大量节省运费。除此之外，其在环境以及资源利用方面也具有显著优势。

2 贵州机制砂在混凝土中的应用

2.1 贵州机制砂基本物理性能

机制砂是处理后粒径＜4.75mm的岩石颗粒，以中粗砂为主，各地机制砂粒型、级配存在一定差别[1]。贵州、湖州两地的机制砂基本物理性能如表1所示。无论机制砂颗粒形状如何，只要满足相关规范技术标准，即可用于混凝土、砂浆配制中。

表1 贵州、湖州机制砂与河砂基本物理性能

2.2 贵州机制砂在混凝土中的应用

（1）配合比方面。根据机制砂基本物理性能来看，其与天然河砂还是存在一定的差别，将其应用于混凝土制备中，若是照搬天然砂石配合比设计方法，将会出现需水量大、和易性差等问题，通过相关试验与实践情况发现，当混凝土强度等级越低时，此类问题的表现就越加显著。对此，必须严格根据机制砂情况，合理调整混凝土配合比设计。根据相关经验总结，最适合配制混凝土的机制砂细度模数为2.6～3.0，级配为2区[2]。工程实践中可根据实际情况进行综合分析，做好配合比设计优化调整工作。

（2）石粉含量方面。从贵州机制砂多年使用情况来看，其在配制高强度等级、高性能混凝土方面优势显著，这主要是源于石粉的合理应用。机制砂在制备过程中，会产生一定量的石粉，合理控制石粉掺量可起到较好的填充作用，增强混凝土强度，不同强度的机制砂混凝土石粉掺量均有所差异，根据相关研究显示，适量石粉可改善混凝土抗冻性、抗磨性等，也有研究提出，建议高强机制砂混凝土配制是将石粉含量放宽至7%。

2.3 工作性能方面

根据现代工程建设需要，对混凝土工作性能、泵送性能提出更高要求，由于机制砂细度模数较大、表面粗糙，在进行混凝土配制时，集料与水泥黏结性十分好，但是也会影响混凝土工作性能。对此，必须采取有效措施调整机制砂混凝土工作性能，主要包括掺合料技术与高性能减水剂的应用，根据相关研究显示，机制砂石粉含量、粉煤灰掺量分别为6%、30%时，掺加降黏性高性能减水剂，混凝土坍落度、扩展度显著增大，工作性、可泵性均显著改善。

3 实例探析

文章以某厂区改扩建项目为例展开分析，此项目规模十分大，包括桥梁、隧道、厂房建设等方面，混凝土用量巨大。该项目施工区位于赤水河畔，但是出于经济、环保等方面的考虑，未选用河砂，决定采用具有成本低、质量稳定等优点的石灰岩矿生产所得机制砂。下文主要围绕机制砂在C30抗渗混凝土配制中的应用展开分析，进行配合比设计优化试验。经验证，混凝土使用效果良好。

3.1 机制砂混凝土配合比设计

（1）原材料。该项目采用普通硅酸盐水泥，具体参数如表2所示。

表2 C30抗渗混凝土原材料

（2）配合比设计。该项目采用的机制砂混凝土，试验配比如表3所示。

表3 C30抗渗混凝土试验配比

3.2 机制砂混凝土各项参数选取情况

（1）试验方案。根据前期试验，选定以下几个参数，如表4所示。

表4 试验参数

该项目试件为边长15cm的立方体，标准养护，试验数据如表5所示。

表5 试验方案与结果

（2）结果分析。石粉含量方面：根据本项目试验情况来看，石粉含量增加后，机制砂混凝土抗压强度先增大后降低，劈裂抗拉强度下降。石粉等量取代引入方面：将石粉以掺合料的方式与胶凝材料预拌，根据表5来看，混凝土强度有所提高。砂率方面：砂率的选择也直接关系到混凝土强度，根据试验数据显示，砂率越大，机制砂混凝土28d抗压强度、劈裂抗拉强度均下降。与天然河砂相比，在进行机制砂混凝土配比时，可适当减小砂率，保证混凝土和易性良好。

（3）极差分析。该项目选用综合平衡法对试验结构进行极差分析，根据结果发现，各因素影响情况排名如下。28d抗压强度：石粉等量取代引入量＞石粉含量＞砂率。28d劈裂抗拉强度：石粉含量＞石粉等量取代引入量＞砂率。由此，项目提出对机制砂混凝土配合比进行调整优化，石粉含量、等量取代引入石粉、砂率分别为4.5%、4.0%、46%，具体如表6所示。

表6 配合比调整方案

试验结果显示，优化后机制砂混凝土28d抗压强度、劈裂抗拉强度分别达到了43.5MPa、5.15MPa，满足施工要求。

4 结束语

综上所述，与天然河砂相比，机制砂的主要优势在于价格低廉、环保，但是由于两者基本物理性能存在差异，机制砂在混凝土中的应用无法照搬天然河砂，必须根据工程实际情况合理调整配比，重视石粉含量、外加剂、砂率等参数对混凝土质量的影响。该项目对机制砂混凝土配合比方案进行了优化设计，通过调整石粉等量取代引入量、石粉含量、砂率，进一步增强了混凝土强度，对整个工程项目的实施具有重要意义。