不同种类机制砂对混凝土性能的影响

赵博 赖龙洁 李虎成

（深圳市鹏城基业混凝土有限公司）

0 前言

近年来，混凝土用砂持续紧张，价格也不断高涨，甚至在有些地方有钱也难以买到合格的河砂，河砂甚至淡化海砂都逐渐变为稀缺资源，因此推进机制砂的使用成为必然的选择。2020 年3 月，国家发展改革委等15 部门印发了《关于促进砂石行业健康有序发展的指导意见》，提出推进机制砂高质量发展；广东省在2021 年5月也发布了具体的实施方案，明确了建筑用砂未来的主流方向就是机制砂。机制砂的发展方兴未艾。但是目前市场上的机制砂种类繁多，很多生产厂家因为缺少专业的技术人员及专业知识，生产出来机制的质量千差万别。

本研究主要针对深圳及周边地区生产的机制砂开展了机制砂胶砂流动度试验和混凝土试配对比试验，研究不同种类的机制砂对混凝土和易性、抗压强度的影响。研究发现，机制砂胶砂流动度与混凝土和易性有着良好的相关性，可用于指导实际生产，效果显著。

1 试验原材料

机制砂：为了探讨不同种类机制砂在混凝土和砂浆体系中深层次的作用关系，尽量减少变量，选取物理性能相近的机制砂，历时半年左右，收集了13 种满足II区中砂连续级配的机制砂样品，取样量各100 公斤左右，根据亚甲蓝值的大小，分别从小到大依次编号1 号样、2 号样、3 号样……13 号样，其各项物理性能指标如表1。

表1 不同种类机制砂物理性能指标

由图1 可知，亚甲蓝值和含泥量大小整体存在正相关的关系，亚甲蓝值可以作为定性判定机制砂中含泥量的主要成分是泥粉还是石粉，其中2 号样和4 号样亚甲蓝相同都为1.0g/㎏，但是含泥量却相差2 倍，可能是机制砂中的石粉含量高，被作为含泥量计算导致的结果差异，或者是机制砂本身的化学成分对亚甲蓝的吸附不同所造成。

图1 亚甲蓝值与含泥量关系

2 机制砂砂浆流动度试验

2.1 机制砂砂浆流动度配合比设计

为了机制砂进场验收时能方便快捷地测得机制砂性能，满足生产要求，根据水泥胶砂流动度试验方法原理，结合实际生产中常用标号配合比作为基准配合比，对机制砂进行了不同材料用量的优化，选定胶砂流动度试验配比如表2。

表2 胶砂流动度试验配比（g）

2.2 机制砂砂浆流动度检测结果与分析

从表3、图2 可以看出，亚甲蓝值高的机制砂，胶砂流动度整体低，亚甲蓝值低的机制砂，胶砂流动度高，整体呈现负相关性。但是在流动度经时损失方面却表现不一致，亚甲蓝值较高的机制砂胶砂流动同样较大及损失小，亚甲蓝值低的机制砂初始胶砂流动度大，反而经时损失大。部分亚甲蓝值较高，胶砂流动度大，可能是因为机制砂中膨胀性粘土矿物含量稍微高而导致亚甲蓝值大，也可能是因为存在少量风化岩及部分颗粒毛细孔有一定的吸附能力，所以导致亚甲蓝值提高，却不影响胶砂流动的性能。

图2 亚甲蓝值与胶砂流动关系图

表3 机制砂亚甲蓝值与胶砂流动测定值

其中，相同亚甲蓝值的机制砂胶砂流动度却不同，需要做混凝土试配对比试验，进一步探讨胶砂流动度对混凝土的影响。

3 不同种类机制砂混凝土试配对比试验

3.1 混凝土配合比设计及原材料选择

选取常用的中低标号混凝土作为试验对象，确定试配对比试验配合比如表4。

表4 对比试验混凝土配合比(㎏/m3)

水泥：采用广东肇庆华润·润丰P·O42.5 水泥。各项物理性能指标如表5。

表5 水泥各项物理性能指标

粉煤灰：采用惠州平海电厂F 类II 级粉煤灰。各项物理性能指标如表6。

表6 粉煤灰各项物理性能指标(%)

石子：采用惠州石场5～25mm 石子。各项物理性能指标如表7。

表7 石子各项物理性能指标

外加剂：采用深圳五山聚羧酸高性能减水剂。各项匀质性指标为：密度1.043g/cm3，固含量15.28%，PH 值5.1，减水率26.2%

3.2 试验方法

根据机制砂细度模数和胶砂流动的变化适当调整砂率和外加剂用量，使得出机坍落度达到（200±20）mm，混凝土性能满足施工的要求，在同等情况下进行不同种类的机制砂混凝土的试配对比试验，更好地体现不同种类机制砂胶砂流动度对混凝土性能的影响。

3.3 混凝土性能试验结果

试验结果见表8。从表8 可见：

表8 混凝土性能试验结果

机制砂胶砂流动大（亚甲蓝值较小）和胶砂流动经时损失越小，混凝土的工作性能越好，同时混凝土1.5小时经时损失也小，这是混凝土工作性能优异的机制砂，如1 号样、2 号样、3 号样、4 号样、7 号样、9 号样、13号样；其中5 号样和6 号样胶砂流动较大，但是流动度经时损失也大，其配制的混凝土初始状态良好，1.5h 后扩展度损失大；而8 号样10 号样，虽然初始胶砂流动度偏小，但是流动度经时损失小，通过提高外加剂用量，同样有较好的工作性，并且1.5h 混凝土流动性损失也不大，可以满足施工要求；11 号样和12 号样胶砂流动度在200mm 以下，1.5 经时损失超过40mm，其混凝土拌合物外加剂掺量提高了10 点，出机坍落度才能达到200mm 以上，但1.5 小时后坍落度和扩展度急剧降低，其工作性能已无法满足施工的要求。

3.4 混凝土抗压强度发展

不同种类机制砂配制的混凝土分别留置3d、7d、28d 试块，试验结果见表9，强度增长见图3。

表9 混凝土抗压强度试验结果

图3 混凝土抗压强度与机制砂总压碎值指标关系图

通过各龄期混凝土抗压强度的观察可知，混凝土抗压强度与机制砂压碎值存在一定的负相关性，但是总压碎值指标在20%以下时，对混凝土抗压强度的影响不大，但是超过20%时则会导致混凝土强度降低。根据砂石标准JGJ 52 的要求，机制砂总压碎值指标应控制在30%以下，实际生产中，当压碎值超过20%时宜降低标号使用。

4 结论

不同种类机制砂配制的混凝土性能和抗压强度有较大差别，通过检测机制砂胶砂流动度能更准确快捷地鉴定机制砂的质量。胶砂流动初始流动度不小于200mm，且经时损失不大于40mm，MB 值小于1.4，总压碎值指标20%以内的机制砂，拌制的混凝土工作性和抗压强度最好；反之，胶砂流动度小、经时损失大的机制砂混凝土工作性差，总压碎值指标大于20%时还会导致抗压强度低。

5 展望

随着建筑行业的不断进步发展，好的建筑资源不断变得稀缺，导致建筑行业可用资源紧张，发展机制砂产业代替天然砂是必然选择。但是不同种类的机制砂，材质、吸附性、压碎值、细度、含泥量等技术指标对配制混凝土的质量影响很大，所配制机制砂混凝土的长期性耐久性还需要持续观察研究，机制砂的质量监管和配制混凝土技术还需要大力提升，这也是我们混凝土技术工作者的一份责任。