兰州地区机制砂在混凝土中的应用探讨

张莉莉 赵山 田澍龙

（甘肃第六建设集团股份有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

改革开放以来，我国发展迅速的经济带动着基础设施建设的快速发展，对混凝土的需求量总体上一直呈上升趋势，与混凝土相伴的砂的消耗量也是居高不下。目前我国大多数地区所用砂为天然砂，但随着基础建设规模的不断加大，天然砂资源日益减少，混凝土用砂矛盾需求日益突出，迫切需求有新的替代天然砂的材料，机制砂自然成为最佳的选择。本文将兰州地区机制砂用于混凝土的配制，设计配制比例，研究了机制砂的性能及其对混凝土性能的影响，为兰州地区机制砂的应用提供参考。

1 机制砂混凝土的技术要求

使用机制砂生产的混凝土同样要满足设计强度，并且耐久性符合要求，运输中坍落度损失应在合理控制范围之内，在施工现场保证正常泵送和浇筑。具体要求如下：

（1）杂质会影响混凝土的稳定性，因此用于混凝土的机制砂应经过清洗、筛分等流程，不可含有杂质；

（2）如果是尾矿破碎生产的机制砂用于混凝土，需要符合安全的相关规范，且应在生产时着重注意粉尘对空气的污染等环保问题；

（3）混凝土用砂标准中对砂子按照不同粒度分为粗砂、中砂、细砂和特细砂四种级别，用于混凝土的机制砂需要按照标准对其细度模数的划分进行选择；

（4）用于混凝土的砂表观密度≥2500kg/m3，砂子堆积密度≥1400kg/m2。总体来说，不管是什么原料生产的机制砂均应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的要求，如果砂中杂质含量较大，可以选择洗砂机清洗过滤杂质。

2 混凝土原材料的选取

（1）水泥

根据混凝土凝结时间、强度、变形性和耐久性等方面的要求，本着经济合理的原则，宜优先选用C3S含量高，C3A含量低于8%的普通硅酸盐水泥。在保证强度的前提下，所选水泥还需满足质量稳定、需水量低、流动性好、活性较高等要求。本研究选用祁连山P·O42.5级散装水泥，其性能指标如表1所示。

表1 P·O42.5水泥的性能指标

（2）粗骨料

粗集料的性能对混凝土的性能有较大影响，其中最主要的是集料的强度与界面的黏结力，以及骨料的物理性能和化学成分。粗集料的颗粒强度、针片状颗粒含量、含泥量及最大粒径等也是高强高性能混凝土强度和性能的控制因素，选用兰州雁滩5~25mm碎石，其性能指标如表2所示。

表2 粗骨料性能指标

（3）外加剂

外加剂宜选择减水率高、坍落度损失小、适量引气、低收缩率比的高性能减水剂。由于石粉含量的存在以及机制砂破碎面吸水等因素，机制砂混凝土用水量往往比天然砂混凝土大，使用减水率高的减水剂可以减少用水量，强度得到保障，同时也降低了水泥用量，节约了成本。另外，机制砂由碎石破碎而得，棱角比较多，混凝土中骨料之间的摩擦阻力大，在保证强度的前提下可使用适量的引气外加剂，一定程度上提高混凝土骨料之间的润滑性，从而提高混凝土的流动性等。根据要求选用兰州地区伟业公司所生产的聚羧酸高性能减水剂，高性能减水剂其性能指标如表3所示。

表3 聚羧酸高性能减水剂指标

（4）掺合料

粉煤灰颗粒为珠状体，机制砂混凝土掺入粉煤灰可以提高拌和物的保水性、粘聚性等性能，减少泌水，提高抗离析能力，保持混凝土良好的匀质性。同时机制砂配比中胶凝材料用量相对提高，也可降低成本。选用西固电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，其性能指标如表4所示。

表4 粉煤灰性能的指标

（5）拌和水

采用饮用水，水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，pH值应≥4。

（6）机制砂

选取甘肃建投矿业公司生产的机制砂，各项试验参数见表5~10。根据表5试验数据得机制砂细度模数U=3.2、含石量1.0%；根据表6试验数据得机制砂总压碎值Y=25.7%。

表5 机制砂筛分试验数据

表6 机制砂压碎值试验数据

表7 机制砂石粉含量试验数据（亚甲蓝法）

表8 机制砂吸水率试验数据

表9 机制砂密度试验数据

表10 胶砂强度对比试验数据

3 混凝土配合比设计

（1）根据选定的原材料进行试验，优化混凝土的各项性能，最终确定满足设计要求的施工混凝土。以C30为依据进行配合比设计（见表11）。

表11 C30机制砂混凝土配合比

（2）该配合比经大量平行试验，其基本工作性能见表12。

表12 C30混凝土性能

（3）配合比的确定及强度对比（见表13）。

表13 试配配比及强度对比试验数据

以上试验表明，在科学的配比设计下，机制砂拌制混凝土的坍落度与基准保持一致，和易性良好，无泌水、抓地、离析、分层等现象，各项指标良好。

4 结束语

目前，机制砂混凝土与天然砂混凝土相比，在性能方面还有所差别，尤其是高性能、高强度混凝土的研制情况，还需要进一步改善，比如砂率、石粉含量，是否掺用矿物细掺料及掺量的多少等，并没有取得实质性进展。同时，由于机制砂质地粗糙，表面棱角分明，导致混凝土的流动性较差。此外，在制备高强混凝土时，需要大量的胶凝材料，除了石粉以外，还需要添加硅粉以提升混凝土的强度，但是，随着石粉含量的增加，需水量也相应增大，进而增加了混凝土的黏度，这样，将直接影响混凝土各方面的性能，给工程施工带来诸多不利影响。

机制砂的各项性能指标是决定机制砂混凝土质量的基础，因此在生产过程中必须严格控制机制砂质量，特别是石粉含量、压碎指标这两个主要指标；现阶段由于推广面小，对机制砂混凝土缺乏认识，必须加强对机制砂混凝土的试配研究，优化机制砂配合比的设计。总的来说，机制砂用于混凝士中既可以缓解天然砂资源的不足，又可以带来巨大的经济效益及环保效益，机制砂混凝土将成为以后主要的发展方向。