机制砂混凝土配合比优化设计葛成峰

机制砂混凝土配合比优化设计葛成峰

葛成峰

天元混凝土工程有限公司山东临沂276000

摘要：天然砂作为一种综合性能较好的细骨料材料，在我国绝大部分地区的建筑混凝土施工中得到了广泛应用。但由于天然砂属于受地域因素影响较大的有限型资源，另外该材料在使用后会保持长期的不可再生状态，远距离运输也存在困难，这使得天然砂在建筑施工中的实际应用还较为局限。由于国内建筑施工行业的迅速发展，天然砂的不足更为明显，而拌合混凝土良好的性能又离不开天然砂，相应出现了机制砂代替其融入拌合混凝土。

关键词：配合比；机制砂混凝土；设计

1机制砂对混凝土性能影响

机制砂主要来源于碎石生产，是石块经数次破碎、分筛、冲洗，分离出各粒径的成品碎石后的下脚料。机制砂由机械加工而来，相比而言，天然河砂由于常年的摩擦腐蚀使得它的表面十分光滑棱角少，而机制砂则由于机械外力作用使得它的表面粗糙棱角较多，其粗糙的表面有利于机制砂相互之间的咬合，但是由于机制砂棱角较多也会大大的增加机制砂之间空隙，降低了机制砂的密实程度，这些性能会直接影响到机制砂混凝土的和易性和强度。机制砂在生产过程中会产生一定量的石粉，这便是机制砂与天然砂的不同点之一，石粉含量的高低，可以影响机制砂的物理性能，例如机制砂的细度模数、堆积密度、比表面积。适量的石粉对机制砂混凝土是有益的，可以改善混凝土的和易性，通过提高混凝土密实度从而提高混凝土强度及耐久性。但石粉含量并不是越高越好，石粉过量会使得混凝土需水量增加，整体工作性能变差，进而会使得机制砂混凝土整体强度的降低，耐久性能变差。根据笔者调查，在商品混凝土搅拌站的实际生产中，纯机制砂混凝土往往因为性能不理想而很少使用。又因为机制砂生产厂家生产工艺、设备、技术水平等的参差不齐，使得机制砂在材料进场检测中，常出现石粉含量、细度模数等指标的较大波动，在这些情况下，如果仅仅把机制砂作为全部的细骨料去使用，很容易导致混凝土状态偏差严重，影响混凝土质量。因此，在机制砂实际应用中，基本都以机制砂搭配天然细砂，形成混合细骨料后再进行生产。这种混合细骨料的生产模式，能得到级配合理的砂材，操作也比较灵活简单，对混凝土质量的稳定性也容易控制，从而保证机制砂混凝土的有序生产。

2机制砂混凝土配合比优化

2.1用水量参数的优化研究

相比天然砂混凝土，机制砂混凝土最大的优势是强度，绝大多数情况下，机制砂混凝土的强度都能超出天然砂混凝土强度，且高出混凝土设计强度许多，因此，笔者认为可以适当“牺牲”掉机制砂混凝土的这部分富余强度。提升混凝土用水量，提高混凝土水灰比，虽然使得强度下降，但可以增强拌合物的和易性，使其工作性能提高。

2.2胶凝材料用量参数的优化研究

表1

石粉因其粒径细度近似胶凝材料，且部分石粉（石灰石石粉）具有一定活性，再加上石粉对混凝土结构起到填充密实效果，所以可以考虑用石粉来替代一部分胶凝材料。在试验中，因为考虑到矿粉和煤灰的早期强度不高，以及活性可能略低于水泥，故而在石粉替代胶材的时候，尽量替代矿粉和粉煤灰数量，保持水泥用量不变。具体方法为：在石粉添加之后，逐步减少粉煤灰和矿粉的用量，最后达到石粉等量取代粉煤灰和矿粉的用量。调整后配比见表2。上述试验中，水粉比=水/（水泥+FA+SL+石粉），通过试验可以看出，水粉比对混凝土强度的影响，明显不同于水灰比的线性影响规律，水灰比对强度的影响显得杂乱无章，其主要原因是，由石粉增加而导致的粉料总量增加，其对强度的增加效果，不如胶凝材料总量那么明显。因此，从上述试验可以看出，尽管石粉具有诸多有利于强度的优点，但实际中并不能起到大量替代胶凝材料的效果，根据试验效果，机制砂中石粉，能取代5~15kg的胶凝材料用量，其取代的极限数据是15kg。从试验中坍落度可看出，由于石粉的需水量低于胶凝材料，且在混凝土中具有一定滚珠效应，使得石粉在替代部分胶凝材料后，混凝土坍落度得略微到提升。

2.3砂率参数的优化研究

配合比设计中的砂率，是影响混凝土工作性能的重要参数，由于砂率的变化，直接导致混凝土需水量的变化，对混凝土强度也有很大程度的影响。下面对比了机制砂混凝土和天然中砂混凝土，在达到相同和易性的前提下，混凝土砂率的变化，如表2和表3。

通过表2和表3可以得出结论，为达到相同和易性，机制砂混凝土相比天然砂混凝土要高出2%~3%的砂率。分析其主要原因，应该是由于机制砂在颗粒形貌上包含大量不规则棱角，影响了水泥浆体对粗细骨料的包裹效果。又因为机制砂细度模数偏大且级配较差，混凝土层次感比较差，使得浆骨分离等现象容易发生。

2.4机制砂物理性能参数的优化研究

在实验室情况下，尤其是在一段时间范围内，机制砂作为试验材料，必然是相对恒定且稳定的，把机制砂性能作为混凝土配合比设计中的一个参数，似乎显得不重要。然而，面对实际生产来说，机制砂性能很容易出现不稳定的情况。在笔者调查研究的许多商品混凝土搅拌站，机制砂进场时的性能指标，尤其是石粉含量和细度模数这两个指标，经常出现较大波动，这给机制砂混凝土性能带来很大差异。因此，笔者认为，机制砂物理性能参数的实际情况，是配合比在设计时，需要优化调整的一个重要的参数。

3结束语

本次研究当中，主要结合了实际试验结果，对配合比进行了深入分析。根据最终结果，可大致得出结论，为了确保机制砂混凝土性能的最优化，为建筑施工提供有力帮助。

参考文献：

[1]蒋正武.机制砂特性及其在混凝土中应用的相关问题研究.新型建筑材料2017，（11）.

[2]蒋符发.高性能机制砂水泥混凝土性能的试验研究[D].重庆交通大学，2017（04）