机制砂特性及其在混凝土中的应用研究

机制砂特性及其在混凝土中的应用研究

谢其然

谢其然

身份证号码：21010319770225XXXX

摘要：由于自然资源的限制，机制砂应运而生，它的出现解决了混凝土行业中砂石紧缺的局面。全面推广机制砂对促进社会经济、保护环境和降低成本都具有重要意义。本文论述了机制砂的材料特性，分析了我国机制砂的生产与应用现状，并提出了机制砂在混凝土中应用应考虑一些问题。?

关键字：机制砂特性混凝土应用?

目前，最大宗的建筑材料是混凝土，它的主要原材料之一是砂，包括天然砂和机制砂。由于自然资源的限制和混凝土用量的日益增长，天然砂已经无法满足需求，特别是在西南地区。另外，过度开采天然砂对环境也造成了很大的破坏，使用机制砂代替天然砂是可持续发展的必然选择。工业发达的地区和国家较早研究机制砂的应用，我国天然砂较少的云南、贵州等地也已经开始在混凝土、砂浆、砌块中运用。为了满足在“十一五”期间我国建设所需的用砂量，国家颁布实施了GB/T14684--2001《建筑用砂》，对保护环境、规范建筑砂石市场以及充分利用资源起到了积极作用。掌握不同地区的机制砂特性，全面认识混凝土行业中机制砂的应用存在的问题，有利于机制砂的推广。?

1.机制砂特性?

根据《建筑用砂》规定，机制砂是制砂机和其他设备加工而成的岩石颗粒，粒径小于4．75mm，但不包括风化岩石、软质岩的颗粒。目前，机制砂基本为中粗砂，含有一定量的石粉，颗粒级配稳定，细度模数介于2．6―3．6之间，筛余多呈方矩体或三角体颗粒分布，棱角尖锐，表面粗糙，特别地，150μm的筛余有所增加。不同地区所用的矿源，生产设备和工艺不一样，机制砂的性质也会有差异，但是只要满足机制砂的技术指标，就可以在混凝土中使用。与特性相同的天然砂相比，在外在条件不变的情况下，利用机制砂的混凝土坍落度下降，28d标准强度上升。如果控制坍落度不变，需要增大水灰比。按照天然砂的特点设计混凝土的配比，机制砂的和易性稍差，需水量大，易产生泌水，当混凝土等级低且水泥用量少时这种表现尤其明显。如果结合机制砂自身的特点进行混凝土配比设计，合理利用机制砂中的石粉，可以配制出具有较好和易性的混凝土。机制砂可以沿用普通混凝土的配比设计方法，特别适用于泵送混凝土、高性能混凝土和高强度等级混凝土。?

2.我国机制砂的生产和发展现状?

目前，我国主要有三种生产机制砂的形式：第一种是开矿采石时生产机制砂，质量好，但是数量少；第二种是用卵石加工生成或加入少量的天然砂生产混合砂，质量差异大，数量少；第三种是利用尾矿加工生成，质量差异大，数量较多。?

20世纪60年代，我国开始研究机制砂，并运用在工程中。20世纪70年代，由于自然资源的限制，贵州省开始大范围运用机制砂，并制定了相关的标准。此后，浙江、重庆、云南、福建、广东、河北、山西等省市都建立了机制砂的研究部门，并投入适用。多年以来，工程实践证明了使用机制砂的经济合理性。?

GB/T14684--2001《建筑用砂》中首次明确表达了机制砂的定义、种类、检验方法和技术要求，规定了混合砂要遵循亚甲蓝试验方法和机制砂的技术标准，河道挖沙产生的废石也因此有了更好的处理方法。?

在工程实践中，机制砂配制的泵送混凝土和普通混凝土的强度已达到C70，泵送高度达到300m以上。实验室中，机制砂的混凝土设计强度为C100时，90d强度达到155MPa。?

机制砂的使用行业中，水电行业对机制砂的要求较高，因此生产和使用机制砂的技术成熟度最高，一般为自产自用，黄河小浪底工程、三峡工程均使用机制砂配制混凝土。铁路、建筑和交通公路则处于起步阶段，产品由专门的生产厂家供应，没有自己的生产线。?

在我国地域分布上，香港和贵州省机制砂的生产与应用普及度最高，其他省份均集中在大城市及其周边地区。比如，上海选择浙江的湖州地区成为其主要的砂石供应基地。据统计，湖州地区有200多家砂石生产企业，年总产量5000万t以上。由于考虑机制砂的生产成本和砂石生产的连带性，机制砂的总产量一般占砂石总产量的20%~40%，高时为50%~80%,偶尔达到100%。?

3．混凝土中应用机制砂应考虑的问题?

近年来，我国机制砂这一领域发展很快，但是由于发展不平衡，距离全面推广还有很长一段距离。以下是机制砂的发展过程中应该注意的问题：?

3.1正确认识机制砂中的石粉?

石粉是在机制砂的生产过程中产生的，是天然砂与机制砂最明显的区别之一。石粉的标准定义是：机制砂生产过程中形成的粒径小于75μm的颗粒。它在混凝土中的作用随着化学成分、矿物组成、粒径分布的变化而变化。天然砂中的泥是有害的，但是机制砂中的石粉和天然砂中的泥是不同的，适量的石粉可以改善机制砂配置的混凝土的和易性，同时，还可以提高混凝土密实性和完善特细骨料的级配，达到综合提高混凝土性能的作用。新标准中，机制砂的石粉含量比天然砂含泥量强度等级高2％。因此，必须明白石粉在混凝土中起的积极作用。?

在新标准实施以前，机制砂生产企业控制机制砂中石粉含量的常用办法是水洗，这样不仅浪费了资源，还形成了新污染。新标准实施以后，详细说明了对石粉的要求和试验方法。在原料加工前进行除土处理，加工后应尽量减少石粉的浪费，还可以利用装置收集石粉用在其他方面，增加产品附加值。?

3.2混凝土配合比设计思路?

机制砂和天然砂在特性上的差异决定了它们的混凝土配合比设计应该有所不同。一般情况下，机制砂的水灰比在天然砂的基础上调整放大0.05后，混凝土强度会有所提高。试验情况下，混凝土中的粉煤灰用少量的石粉代替时，28d强度比参照组高；有的研究部门也做过类似的试验，加入的石粉比例很大，结果混凝土和易性改善，流动性提高，用水量减少，并减少了泌水。所以，设计人员在进行机制砂混凝土配合比设计时应该充分考虑机制砂自身的特性，合理调整配合比。?

3.3采用合理的生产工艺与品质管理?

我国各地的机制砂因加工设备、加工工艺、矿产原料等不同，其石粉含量、粒级分布、颗粒形状等都存在差异。比如，浙江一带采石厂的尾矿石屑片状含量很高，但是河南、河北的石屑颗粒形状含量要高些。因此，各地的企业应结合当地的情况，采用合理的加工设备和加工工艺，保证机制砂的质量。为了加强机制砂的质量检测，应把机制砂的石粉含量、颗粒级配、坚固性检验和泥块含量等定为机制砂出厂、施工现场复试的项目。?

机制砂的质量决定了混凝土性能的高低，直接影响建筑质量。生产设备和工艺决定机制砂的外表和圆形度：冲击式破碎机加工成的机制砂呈圆型颗粒状，圆形度好，然后利用圆锥破碎机进行细碎加工，分离砂与石粉，改进机制砂产品的质量，有效提高机制砂的品质。制定科学的工艺流程，采用先进的生产工艺以及选用合适的设备可以生产高品质的机制砂。目前的机制砂生产企业最大的问题在于生产设备达不到要求。机制砂和天然砂不同，如果生产设备和生产工艺达到要求了，它的质量是可以控制的。?

3.4加强机制砂的科学研究?

提高机制砂混凝土的性能关键是掌握机制砂的特性，机制砂的科学研究对人们认识机制砂和提高机制砂混凝土性能具有指导意义。目前，砂石行业的落后印象并没有多大改变，没有专门的研究机构，科研立项较难，改变这样的局面需要政府给予重视。技术是效益的前提，只有技术才是根本，要大力推动机制砂的科学研究。?

3.5加大机制砂的宣传力度?

目前，机制砂的推广还处在困难时期，很多工程单位拒绝使用新材料和新技术。虽然很多工程实践都成功使用了机制砂，但是不在本单位做出示范之前，还是难以让人接受，而又不可能逐一单位去推广。如果政府和相关部门给予大力支持，行业部门制定相关的技术标准和应用指南，媒体积极宣传，行业之间加强交流，已成功使用的企业努力带动其他企业，机制砂的推广一定会进入一个新的局面。?

4.结束语?

机制砂的使用是混凝土技术可持续发展的必经之路。我国幅员辽阔，要实现全国范围内普及机制砂还需要更多的努力。推广机制砂的使用力度，需要加强机制砂的科学研究、提高机制砂产品质量、加大机制砂的宣传力度，综合促进混凝土行业中机制砂的持续、健康发展。