机制砂质量对混凝土性能的影响

机制砂质量对混凝土性能的影响

刘攀，张洪荣，刘学

云南中建西部建设有限公司，云南省昆明市，650000

摘要

针对机制砂对混凝土性能影响不明确的问题，通过分析两种碎石破碎形成的机制砂的颗粒级配、MB值、石粉含量，研究对其对混凝土工作性能的影响。研究结果表明机制砂质量对混凝土工作性能有影响，机砂质量的提升有利于混凝土强度的发展，为机制砂的实际应用提供支撑。

关键词：机制砂、颗粒级配、石粉含量、混凝土性能

1 引言

随着时代进步，中国建筑行业发展迅猛，混凝土作为该行业中的主要建筑材料之一，广泛运用于房建、道路、桥梁等建筑构造物建设[1,2]，据统计，2019年全国混凝土中砂石用量达到213吨，且有不断上升趋势。河砂作为短期不可再生的天然砂，随着大量、无序开采，资源储备日益匮乏，“十三五”开始，各级政府加大对河砂资源开采管控力度，河砂资源更少用于工程建设中。沿海地区广泛使用海砂作为替代，而未经处理的海砂里含氯离子等有害物质，影响混凝土的凝结时间，腐蚀结构中的钢筋。

机制砂可通过破碎山石、废石、工业废渣等进行制备，原料来源更加广泛。与天然河砂相比，机制砂主要在石粉含量、粉料组成、颗粒级配及颗粒形貌等方面有一定差异。现有关于机制砂物理性能及矿物组成的研究以及对机制砂混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、收缩徐变等研究与应用表明，机制砂替代天然砂配制混凝土是可行的[3]。孙江涛[4]通过比对不同破碎工艺下机制砂的形貌特点，发现反击式破碎设备制备的机制砂形貌上呈现棱角较多、粒形较差的特点，而采用冲击式破碎设备制备的机制砂粒形较好。在 Quiroga P N[5]的研究中，集料级配影响混凝土的抗压强度和和易性，仅通过改变集料级配可提升混凝土强度50%。刘建刚[6]通过对掺石粉机制砂混凝土性能的研究发现最佳石粉含量为14%。而薛元[7]等人研究C50高性能混凝土中发现，石粉含量为10%时，混凝土拌合物具有最佳的坍落度和扩展度。水泥砂浆稠度随不同岩性石粉含量增加而增大，而适量的石灰岩、石英岩石粉，有利于改善胶砂流动度[8，9]。

关于母岩岩性对混凝土质量造成的影响研究还不充分，本文将从材料源头开始研究机制砂对混凝土性能的影响。

2 试验

2.1 试验原材料

本试验选用玉珠P.O 42.5普通硅酸盐水泥：粉煤灰：贵州某电厂Ⅱ级粉煤灰，矿粉：三和S75矿粉，硅灰：广西云鹰SF92，机制砂：树立机砂与黄马机砂，粗骨料：5~31.5mm的碎石，压碎值为11.6%，机制砂：黄马机砂的细度模数3.0，表观密度2730kg/m3，石粉含量12%，MB值为1.5，树立机砂的细度模数2.6，表观密度2860kg/m3，石粉含量15%，MB值为0.5；减水剂：新材料普通聚羧酸外加剂，固含量11.4%，减水率17.5%

2.2 试验配合比

采用C30、C40、C50、C60强度等级泵送混凝土进行试验，分别选用黄马机砂和树立机砂进行比对，具体各组编号相对应的混凝土配合比如表1所示：

表1 试验混凝土配合比（kg/m3）

2.3 试验方法

本试验所制试件尺寸为150mm*150mm*150mm，每组成型6块试件，抗压强度测试方法参照GB/T 5081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》[10]。将新拌混凝土倒入试模中，在振动台上振动1min，试件带模养护24h后拆模，放入养护温度20±2℃、养护湿度95±5%的封闭室内养护7d、24d，测量抗压强度。

3 机砂质量对混凝土强度影响

3.1 混凝土的工作性能

表2 各组混凝土工作性能

根据表2所示，在相同配合比下，掺入树立机砂的混凝土外加剂掺量较少，工作状态良好，而掺入黄马机砂的混凝土外加剂增多，这是由于黄马机砂中MB值较高，石粉含量偏多，黄马机砂中的石粉对外加剂的消耗加多，降低混凝土的和易性，导致最后的工作性能偏差。黄马机砂中粒径2.36mm以上含量比树立机砂多，通过相同制砂工艺下的黄马机砂，表面棱角多，颗粒间的相互碰撞会使混凝土的工作性能降低。

3.2 混凝土抗压强度

图2 不同强度混凝土抗压强度变化情况

根据图2可知，机砂质量影响混凝土的强度发展，随着机砂用量的减小，机砂质量对混凝土抗压强度影响逐渐减小，在胶凝材料用量偏低情况下，C30与C40混凝土7d至28d强度增长均接近10MPa，而随着胶凝材料用量增加，机砂用量减小，混凝土7d至28d强度增长仅为8MPa。掺用树立机砂制备的混凝土28d强度均高于混凝土中使用黄马机砂，其中C40强度混凝土7d与28d抗压强度偏差最大，使用树立机砂的混凝土28d抗压强度比黄马机砂混凝土强度高4.8MPa。这是因为树立机砂细度模数偏小，孔隙率偏低，通过石粉的晶核效应可以有效提高水泥的水化速度，有利于C-S-H凝胶等产物析出[11]，改善骨料与胶凝材料浆体的粘结性能，骨料与胶凝材料浆体、粗骨料与细骨料间的孔隙率降低，提高硬化混凝土的密实程度，进而提高混凝土的抗压强度。而随着胶凝材料材料用量增多，机砂用量降低，机砂中石粉含量减少，因此C50、C60混凝土7d至28d强度增长接近。

4 结论

（1）机制砂质量对混凝土工作性能有影响，随着机制砂品质的提升，混凝土会具有更好的和易性。

（2）机制砂制备的混凝土早期强度优势不明显，随着龄期的增长，不同品质机制砂混凝土强度增长差距越大。

参考文献

[1]汪琪楠.机制砂在高强混凝土中的试验应用分析[J]. 福建建材, 2019, No.224(12):53-54.

[2]许亮. 对建筑工程施工中混凝土裂缝成因与治理的探讨[J]. 建筑遗产, 2014, 000(002):603-604.

[3]刘秀美. 机制砂作混凝土细骨料的研究[D]. 济南大学, 2013.

[4]孙江涛, 马洪坤, 麦伟雄,等. 机制砂生产工艺及设备选型研究[J]. 建材世界, 2012, 33(3):4.

[5]Quiroga P N . The effect of the aggregates characteristics on the performance of Portland cement concrete.  2001.

[6]刘建刚. 粉煤灰及石粉对人工砂高性能混凝土影响研究[J]. 甘肃科技纵横, 2009, 38(003):106-106.

[7]薛元, 曾晓辉, 唐珏凌,等. 机制砂石粉含量对混凝土性能影响研究[J]. 高速铁路技术, 2017, 8(5):4.

[8]XIONG ZQ,WANG P,Wang YL Hydration Behaviors of Portland Cement with Different Lithologic Stone Powders[J]. International Journal of Concrete Structures and Materials, 2014, 9(1):55-60.

[9]王振，李化建，黄法礼等. 不同岩性石粉-水泥胶砂流动性和力学性能研究[J]. 硅酸盐通报, 2019, 38(5):1585-159.

[10]GB/T 5081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》[S]

[11]何少将. 机制砂质量指标及对混凝土性能的影响分析[J]. 四川水泥, 2019(12):2.

作者简介：刘攀（1989-）男，重庆彭水人，专科，工程师，专业方向：无机非金属材料。

通讯作者：张洪荣