機制砂的優(yōu)缺點及其在混凝土和工程中的應(yīng)用

　　1機制砂的優(yōu)缺點

　　根據(jù)在云南蒙自地區(qū)利用機制砂的經(jīng)驗，將其優(yōu)缺點總結(jié)如下。

　　1. 1機制砂的優(yōu)點

　　采用機制砂配置混凝土具有如下優(yōu)點：

　?。?）工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量可以得到保證工廠生產(chǎn)可以從選材、破碎等一系列工藝流程上建立質(zhì)量監(jiān)控體系，生產(chǎn)條件好，砂的質(zhì)量有保障。

　　（2）砂的物理力學(xué)性能好

　　可以有意識的選擇硬質(zhì)巖石生產(chǎn)機制砂，避免采用軟質(zhì)、風(fēng)化巖石，同時，含泥（塊）量可人工篩分控制?；瘜W(xué)成份與母材、碎石一致，對混凝土無負(fù)面作用，適合做高強混凝土。

　?。?）機制砂的顆粒級配、細(xì)度模數(shù)可以調(diào)整可以根據(jù)工程的需要，結(jié)合母材的特點和混凝土的要求，調(diào)整機制砂的細(xì)度模數(shù)和顆粒級配。調(diào)整措施主要通過破碎設(shè)備、工藝流程的選擇來完成。

　　1. 2機制砂的缺點

　?。?）天然砂顆粒渾圓，表面光滑。天然中砂細(xì)度模數(shù)多為2. 6 3. 0，級配較好，對混凝土的工作性十分有利。機制砂顆粒尖銳，多棱角，表面粗糙，細(xì)度模數(shù)多為3. 0以上，與天然河砂相比，機制砂的顆粒級配稍差，大于2. 5 mm和小于0. 08 mm的顆粒偏多，導(dǎo)致混凝土的和易性較差，容易引起混凝土的外觀質(zhì)量缺陷。機制砂母材的變化會引起機制砂質(zhì)量的波動，給施工質(zhì)量的控制帶來一定的難度。但是，機制砂的缺點可以通過選擇合適的碎砂設(shè)備、合理利用砂中含石粉量、調(diào)整砂率，以及選用合適的外加劑等措施來克服。

　　（2）機制砂含有一定量的石粉。石粉和泥的粒徑雖然都小于0. 075 mm，但是他們的成份不同，細(xì)度相差也較大。泥顆粒大多小于0. 016 mm，而石粉顆粒大都在0. 016 0. 075 mm之間。泥吸附在砂的表面，妨礙砂與水泥的粘結(jié)；而適量的石粉可填充在水泥、細(xì)砂的空隙之間，增強機制砂混凝土的工作性。

　　2機制砂混凝土的性能

　　2. 1硬化前混凝土的性能

　　機制砂混凝土硬化前的性能主要涉及到混凝土的稠度、和易性（工作性）、可塑性、可加工性（可修飾性或可抹平性）等方面，這些性能并不是孤立的，而是有一定的相互關(guān)聯(lián)，是從不同的角度描述新拌混凝土的特性。其中，混凝土的和易性是非常重要的一個指標(biāo)，它不僅表示混凝土澆灌成型的難易程度，也表示混凝土抵抗材料分層離析的能力。混凝土和易性的具體指標(biāo)為坍落度。

　　在水灰比相同的條件下，機制砂混凝土坍落度要小于河砂混凝土，這主要是機制砂本身具有裂隙、空隙及孔洞，其有一部分顆粒為礦物顆粒集合體，這樣就增大了砂子的比表面積，吸附了更多的水，導(dǎo)致混凝土的需水量增加，坍落度減小。相同條件下，配置相同坍落度的混凝土，機制砂比天然河砂需水量增加5 10 kg /m3. 機制砂混凝土的和易性與細(xì)骨料（砂）的級配和細(xì)度模數(shù)有關(guān)，同時，也牽涉到用水量、水泥用量、砂率等參數(shù)，還需要針對工程實踐進(jìn)行深入研究。一般認(rèn)為，細(xì)度模數(shù)以控制在3. 0 3. 4之間為佳。若細(xì)度模數(shù)太大，則粗顆粒太多，級配不合理，使混凝土的和易性變差，雖然摻入粉煤灰可以彌補上述缺陷，但成本也會相應(yīng)提高，經(jīng)濟(jì)上不合理；若細(xì)度模數(shù)太小，則小于0. 075 mm的細(xì)粉過多，需水量增大，混凝土強度降低，水泥用量增加。石粉含量也是影響坍落度的重要指標(biāo)，石粉含量太低（小于5% ）時，混凝土的和易性、沁水性較差，當(dāng)石粉含量控制在6% 9%時，對混凝土的強度的影響不是很大，和易性也很好。按機制砂的特點進(jìn)行混凝土配比設(shè)計，通過合理利用機制砂中的石粉，調(diào)整機制砂的砂率，可以配制出和易性很好、適合泵送的機制砂混凝土。

　　2. 2機制砂混凝土的力學(xué)性能

　　混凝土的力學(xué)性能指標(biāo)包括抗壓強度、抗拉強度、抗折強度、抗彎強度、彈性模量、粘結(jié)強度、疲勞強度、收縮徐變特性等。針對這些指標(biāo)進(jìn)行深入研究的還比較少。但是，對于抗壓強度、彈性模量這2個主要指標(biāo)，國內(nèi)外卻積累了較豐富的實驗資料。一般機制砂篩余0. 300 mm以下所占比例較小，僅有10%左右。相關(guān)混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程中指明，泵送混凝土細(xì)骨料通過0. 300 mm篩孔的篩余不應(yīng)小于15%.天然細(xì)砂的粒徑主要集中在0. 3 mm以下，細(xì)度模數(shù)一般在1. 5左右。天然細(xì)砂細(xì)度模數(shù)低，若單獨配制混凝土，會由于收縮大引起混凝土開裂，但是可以利用天然細(xì)砂粒徑主要集中在0. 3 mm以下的特點，與機制砂復(fù)合組成人工混合砂，從而使配置的混凝土獲得良好的施工性能。

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　　通常用40%的天然細(xì)砂與60%的機制砂混合作為細(xì)骨料使用，可以取得良好的效果。文獻(xiàn)< 9 >對特細(xì)砂、混合砂、機制砂混凝土進(jìn)行了實驗對比，其復(fù)合砂中特細(xì)砂和機制砂的比例為4 B6，機制砂母巖為石灰?guī)r。3為文獻(xiàn)< 10>的實驗結(jié)果。由于機制砂一般采用硬質(zhì)巖石破碎，機制砂比天然砂的抗壓強度更高。所以機制砂混凝土與天然砂混凝土相比，各項力學(xué)性能指標(biāo)不低，甚至更高。當(dāng)然，混凝土的強度、彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)除了和砂的強度有關(guān)外，還與其他因素有關(guān)，如機制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的砂率等。機制砂混凝土的實驗表明，石粉含量對混凝土的強度的影響很大，石粉含量越高，混凝土的強度隨之降低。機制砂砂率在小于40%時，拌合物過于粘稠，砂率增大后，工作性能得到改善，砂率在42% 46%時，強度趨于穩(wěn)定。砂率超過50% ，不但強度有所下降，而且靜力彈性模量顯著降低。

　　2. 3機制砂混凝土的耐久性能

　　混凝土的耐久性能是指混凝土在長期使用過程中，具有抵抗凍融循環(huán)等氣候條件、酸堿等物理化學(xué)侵蝕作用、受光熱作用、流水沖蝕作用的能力?；炷猎矫軐?，抗?jié)B抗凍性越好。由于混凝土的抗?jié)B性主要與其孔隙有關(guān)。研究者認(rèn)為機制砂中的石粉只是一種有效的填料，雖然不具有活性，但提高了混凝土的密實性，增強了水泥石與骨料界面粘結(jié)；而有人則認(rèn)為石粉能加速C3S的水化，并與C3A、C4AF反應(yīng)生成結(jié)晶水化物，并能改善水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)，因此抗?jié)B性能得到提高。對于機制砂混凝土的抗凍融耐久性還缺乏系統(tǒng)的研究。綜合已有的研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)機制砂在一定程度上改善了混凝土的工作性能，具有一定的微集料填充效果，從而改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，增加了混凝土的密實度。試驗結(jié)果表明，混合砂與天然中砂配制的混凝土一樣，具有優(yōu)越的抗?jié)B性能。同時試驗還表明，機制砂和天然細(xì)砂混合配制出的混凝土在抗凍性、抗?jié)B性、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽侵蝕及抗碳化性能方面都優(yōu)于中砂混凝土，機制砂和天然細(xì)砂混合配制出的混凝土抗?jié)B性劣于中砂混凝土。

　　3機制砂混凝土在工程實踐中的應(yīng)用

　　在已有的工程實踐中，機制砂配制出了從C10 C55的普通混凝土和泵送混凝土，我國的三峽工程和黃河小浪底等水利工程都采用了機制砂混凝土。在橋梁工程中，湖南懷新高速公路的有平溪河橋、苦麻寨橋、坳背村高架橋均使用了機制砂配制混凝土，混凝土等級有C25普通混凝土， C25水下混凝土， C30普通混凝土， C40普通混凝土。在重慶嘉陵江黃花園大橋建設(shè)中，通過對機制砂與渠河砂復(fù)合取代簡陽砂配制黃花園大橋主橋箱梁C50混凝土，各項工作性能指標(biāo)和力學(xué)性能指標(biāo)均符合規(guī)范要求，工程應(yīng)用效果良好。在鐵路橋梁中，株六線南山河特大橋C55高性能混凝土成功應(yīng)用機制砂配制。

　　玉蒙鐵路第五標(biāo)段，在混凝土結(jié)構(gòu)物中就全部使用了機制砂。在施工之初，由于對機制砂的應(yīng)用在理論上沒有依據(jù)可循，從而與自然砂等同使用，造成混凝土質(zhì)量下滑，特別是表面質(zhì)量不能滿足要求。

　　隨著施工的進(jìn)展和試驗室工作的加強，混凝土質(zhì)量有所提高?，F(xiàn)在該標(biāo)段的特大橋、大橋、涵洞、隧道工程等混凝土外觀和抗壓強度都能滿足工程的質(zhì)量要求。特別在工程造價方面，由于自然砂的當(dāng)?shù)貎r格是機制砂的3倍多，所以采用機制砂。

　　4機制砂混凝土應(yīng)用需進(jìn)一步研究的問題

　　機制砂在我國混凝土結(jié)構(gòu)工程實踐中的應(yīng)用還處于起步階段，為了推廣機制砂在混凝土特別是橋梁工程中高性能混凝土中的應(yīng)用，還應(yīng)開展深入、廣泛的研究。研究重點應(yīng)包含以下幾個方面。

　　4. 1機制砂顆粒形狀、顆粒級配的研究

　　機制砂的顆粒形狀、顆粒級配影響混凝土的和易性、強度、抗干縮性及耐磨等性能。尤其是粒徑小于0. 075 mm的石粉的合理含量需要認(rèn)真研究。不同粒形的機制砂對混凝土的和易性影響較大，片狀顆粒拌制的混凝土和易性較差，最理想的粒形是近似于立方體顆粒。機制砂中含有適量的石粉，不僅可提高混凝土的強度，還可改善混凝土的和易性，機制砂中的石粉控制在7%以內(nèi)比較合適，但關(guān)于石粉的作用機理和合理含量仍有不同的意見。根據(jù)本公司應(yīng)用機制砂的情況來看，嚴(yán)格控制石粉含量是比較困難的，這為在工程中充分利用機制砂提出了挑戰(zhàn)。

　　4. 2高效、優(yōu)質(zhì)制砂設(shè)備和制砂工藝的研究

　　凡是能經(jīng)濟(jì)有效地加工出小于5 mm的合格粒度級配的機械加工設(shè)備都可以作為制砂機械。目前，磨碎機械、圓錐破碎機、反擊式破碎機、錘式破碎機、籠型破碎機、輥式破碎機和立軸沖擊式破碎機都可用于制砂。

　　中小企業(yè)使用顎式破碎機較多，生產(chǎn)工藝極為簡單，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊?；炷劣脵C制砂對砂的顆粒形狀及級配有很高的要求。有的設(shè)備生產(chǎn)的砂粒片狀居多，有的存在過粉碎現(xiàn)象。為了生產(chǎn)出符合要求的優(yōu)質(zhì)機制砂，需要從設(shè)備選擇、工藝流程、質(zhì)量控制等方面進(jìn)行綜合研究。

　　隨著我國基本建設(shè)的不斷深入和環(huán)境保護(hù)的日益加強，自然砂的利用在很多方面都有了限制。面對建筑業(yè)需要砂量的增加，自然資源已不能滿足工程的需求，所以必須要在機制砂的利用上下功夫。如果機制砂使用取得成功，今后的施工組織將可能發(fā)生轉(zhuǎn)變，如在圍巖較好的隧道中施工，混凝土所需的碎石和機制砂就可以在掘進(jìn)過程中得以解決。

　　4. 3機制砂混凝土配合比的研究

　　機制砂混凝土的配合比對混凝土的各種性能，如和易性、力學(xué)性能、耐久性能和混凝土表面質(zhì)量都有非常重要的影響。應(yīng)深入開展?jié)M足各種強度等級、各類工作性能要求的機制砂混凝土的綜合試驗研究。通過在玉蒙鐵路工程中利用機制砂，發(fā)現(xiàn)還應(yīng)重點研究石粉含量、砂率、水灰比對混凝土各種性能的影響。

　　4. 4機制砂混凝土攪拌設(shè)備的研究

　　在玉蒙鐵路工程中，利用機制砂攪拌混凝土，攪拌設(shè)備也是影響混凝土質(zhì)量的一個重要因素。機制砂混凝土的攪拌不宜采用小型攪拌設(shè)備。在施工之初，機制砂混凝土的攪拌采用與自然砂混凝土攪拌同樣的方法，結(jié)果不能滿足工程的質(zhì)量要求。特別是少量混凝土的攪拌，決不能使用非強制性混凝土攪拌設(shè)備，否則混凝土的外觀質(zhì)量難以保證。機制砂混凝土只有采用大型攪拌站或強制攪拌設(shè)備來攪拌，才能保證工程質(zhì)量。

　　4. 5機制砂混凝土的應(yīng)用須加強工程試驗

　　機制砂混凝土的使用應(yīng)按要求合理設(shè)立工程試驗室，以加強對混凝土的配比、和易性、泌水性、抗凍、抗?jié)B、抗壓強度、抗拉強度、抗折強度、抗彎強度、彈性模量、疲勞強度、收縮徐變、耐久性能等指標(biāo)的及時監(jiān)控，從而保證混凝土的質(zhì)量。

　　5結(jié)語

　　目前，機制砂混凝土在施工實踐中應(yīng)用較少，對這種混凝土的長期性能還缺乏深入的研究。這些性能主要包括收縮徐變性能、抗凍性能以及抗?jié)B性能等耐久性指標(biāo)。在今后的工程施工中應(yīng)不斷加強研究，以完善機制砂混凝土的各種指標(biāo)，使其在工程中得以廣泛的應(yīng)用。