浅析机制砂在混凝土中的应用

陈伯田 杨兴东 管洪海

摘要：机制砂最大的优点是颗粒级配可调，质量稳定;但与天然砂相比，机制砂颗粒粗糙尖锐、多棱角、细度模数较大，且含有石粉，这些特点对机制砂应用于混凝土有什么影响？在应用机制砂时应该注意哪些问题？这些都需要我们不断地深入研究。

关键词：机制砂;混凝土

一直以来我国使用河砂来拌制混凝土。随着国内建设需求的增多，天然河砂资源日趋枯竭、价格不断上涨;另外，出于环境保护的需要，应用机制砂替代天然河砂已成为混凝土行业可持续发展的一种趋势。与此同时，高性能混凝土对建筑用砂的要求却越来越高，机制砂的出现缓解了这一矛盾。《建设用砂》（GB/T14684-2011）已明确机制砂作为一种建筑用砂，并规定了机制砂的技术要求、试验方法、检验规则。

1.  机制砂特性分析

1.1机制砂的定义

机制砂由机械破碎、筛分制成的、粒径小于4.75mm的岩石（不包括软质岩和风化岩）颗粒;石粉含量—机制砂中粒径小于0.075mm的颗粒含量。

1.2机制砂的规格

机制砂中石粉含量的变化是随细度模数的变化而发生变化的，细度模数越小，石粉含量越高;反之，细度模数越大，石粉含量越低。机制砂的细度模数应控制在合理范围（一般2.6～3.0）。细度模数太大，则粗颗粒太多，小于0.300mm颗粒太少，级配不合理，混凝土和易性变差。细度模数太小，则小于0.075mm细粉多，混凝土需水量可能增大，强度降低，收缩增大，且生产能耗上升。从机制砂颗粒组成统计结果分析，大于2.36mm和小于0.075mm的颗粒明显偏多，而中间颗粒偏少，级配范围可按照国家标准适当放宽。机制砂小于0.075mm颗粒（石粉），其性质和在混凝土中的作用，都不能等同于天然河砂中的泥含量。

2.  机制砂的质量控制

2.1颗粒级配

在大多数情况下，加工的机制砂大于4.75㎜累计筛余质量百分比在0～20%之间，0.150～0.300㎜颗粒占总质量百分数又相当少，造成机制砂颗粒分布不均匀，级配不符合标准规定。《建设用砂》（GB/T14684-2011）规定：除4.75㎜和0.600㎜筛孔外，其他各筛孔累计筛余不能超规定值的5%。这对机制砂来说是不容易实现的，因此当使用的机制砂级配范围不在规定值范围内时，应采取相应的技术措施。

2.2石粉含量

研究表明：机制砂石粉含量宜控制在8%～15%左右，在此范围内，级配越合理，石粉含量越高，混凝土和易性越好，泌水率越低;机制砂混凝土中小于0.075mm石粉含量在特定范围内提高时会增加混凝土的抗压强度;另外，含有石粉的机制砂对混凝土耐久性、抗渗性比天然河砂混凝土好。

2.3压碎指标

压碎指标反映机制砂在外力作用下抵抗破坏的能力，是间接体现机制砂坚固性的一个重要指标，能直接影响所配制混凝土的强度，对高等级的混凝土影响最大，所以要严格控制机制砂的压碎指标，同时也说明国标规定机制砂压碎指标小于25%是有必要的、合理的。

3 . 机制砂混凝土和天然河砂混凝土性能比较

3.1混凝土工作性

由于有一定数量的石粉，使得机制砂混凝土的和易性得到改善，在一定程度上改善混凝土的保水性、泌水性、粘接性，使得混凝土易于成型振捣。这些作用在低等级混凝土中作用非常明显，即在低水泥用量情况下，能配制工作性能优异的混凝土。

在配制强度等级较高的混凝土时，对机制砂石粉含量要严格限制，因为高等级混凝土水胶比小，石粉的存在影响混凝土的工作性，一般石粉含量限制在5%以下。

含石粉的机制砂混凝土，其凝结时间比不含石粉的天然河砂混凝土有所延长。石粉没有活性，只能起到惰性掺和料的作用，分散水泥颗粒，降低水化热，混凝土含气量和泌水率都有所减小，对保证混凝土质量有利。

3.2混凝土强度

在同等情况下，机制砂混凝土比河砂混凝土强度高。原因有以下几方面：1、石灰石破碎制成的机制砂，其成分是碳酸钙，處于高浓度的氢氧化钙中，表面会发生微弱化学反应。2、机制砂质地坚硬，有新鲜界面，且表面粗糙，棱角多，有助于界面的粘接。3、石粉的粒径一般在0.075mm以下，从而具有微集料填充效果;在机制砂混凝土中，石粉填充了其中的孔隙，可以较明显改善混凝土的孔隙特征，改善浆体—集料界面结构。4、石粉在水泥水化过程中起到一定的晶核作用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化，并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并阻止钙矾石向单硫型的水化硫铝酸钙转化，进而提高混凝土的密实性，使混凝土的综合性能得以改善。

当石粉含量过高（20%以上），颗粒级配不合理，使得混凝土密实度降低，和易性变差，同时混凝土中粗颗粒偏少，减弱了骨架结构，过多石粉使得水泥浆体强度降低，也导致混凝土强度降低。

3.3混凝土干缩性能

研究表明：石粉含量小在12%以下时，混凝土干缩率增大缓慢，当石粉含量大于12%时，混凝土干缩率迅速增大，且随石粉含量的增大而增大。主要原因是石粉增大了水泥浆体含量，混凝土的干缩源于水泥浆体的干缩，单位体积水泥浆体多，导致干缩率增大。

3.4混凝土抗渗性

混凝土抗渗性主要与其孔隙结构有关，石粉是一种颗粒细小的填料，虽然不具有活性，但能提高混凝土的密实性，增强了水泥浆体与骨料界面的粘接;另外石粉能加速水泥水化，并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，进而提高混凝土的密实性，因而提高混凝土的抗渗性。

3.5混凝土耐久性

机制砂粒形越好，级配越好，在一定范围内石粉含量越高，就可以保证骨料能够被有效包裹，混凝土拌合物更粘稠。混凝土破型后显示砂浆部分水化反应充分，胶结状态优于天然砂，特细颗粒有效填充空隙，能阻止液体的流动、减少渗透;同时，由于防止了化学物质和液体侵入混凝土中，提高了其耐久性。

4.结束语

4.1 机制砂的加工重点是清除、清洗母材在开采中带来的剥离层、淤泥和粘土，用不含剥离层、淤泥和粘土的石粉应用于耐久性混凝土中，能使机制砂中的石粉含量能适当放宽。

4.2 机制砂加工中特别注意母材品质，不能只想到水洗措施而忽视了母材品质，觉得用什么品质的材料都可以加工机制砂。

4.3 比较国家、建设部和地方关于机制砂的标准，细度分级相同，级配范围规定值大致相同。但大多地方标准对机制砂中石粉含量给予了适当放宽，建议将机制砂石粉含量控制在不大于10%的范围。

参考文献：

[1]尹志府. 用石砂配制高强混凝土及流态混凝土. 混凝土， 1993， （3）：8～13.

[2]国家质量监督检验检疫总局 国家标准化管理委员会. 建设用砂GB/T14684-2011.

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