浅谈混凝土中机制砂的应用

浅谈混凝土中机制砂的应用

吕斌贤,周小华

广东长大试验技术开发有限公司　广东广州511400

摘要：中国使用河砂来搅拌混凝土，随着国内建筑需求的增加，天然砂自然资源日益枯竭，价格不断上涨。近年来，随着基础设施建设的不断增长，天然砂的缺乏导致了许多社会和环境问题。与天然砂相比，机制砂的岩性、颗粒级配和形状对混凝土的性能有特定的影响。本文从机制砂的性质入手，总结混凝土中机制砂的应用的影响和机理。

关键词：机制砂；混凝土；应用

引言

根据GB/T14684-2022建筑砂标准，按生产源头可分为人造砂和天然砂两大类，人造砂分为纯机制砂和混有天然砂的机制砂。近年来基础设施建设扩大，建设项目数量的增加，对混凝土的需求也有所增加，对建筑砂这一混凝土中不可缺少的材料的需求自然增加。但多地天然砂资源稀缺，需要长途运输、运输距离长、价格高。由此其资源逐渐超过需求，为满足施工需求，机制砂的出现了。

1.机制砂的特点

近年来，在建筑行业高速发展的背景下，天然砂资源越来越稀少和昂贵，且质量越来越低，高成本，高泥含量和不稳定的水分含量使得控制混凝土质量极为困难。机制砂作为一种替代品受到了广泛关注，使用机制砂代替天然砂制备混凝土在国内外的应用已有30多年的历史，从砌块到桥梁、隧道和节水工程，从砂浆到常规混凝土、泵送密封混凝土和防溅锚支架等项目。由于机械破碎，机制砂表面变得更加棱角分明，不光滑，在机制砂生产过程中不可避免地会形成石粉。因为机制砂的粗糙表面可以增加胶结材料和粗骨料的下压力和相互粘附，不规则形状可以增加混凝土的密实度。结果表明：机制砂的出现，从市场价格和性能上可以替代天然砂。

机制砂主要通过去污和机械破碎处理，制成小于4.75毫米的筛分岩石颗粒，其中小于0.075毫米的颗粒被称为岩粉。机制砂可与碎石一起获得，有助于矿产资源的综合利用。现场使用，生产方便，减少污染，降低成本。机制砂分拣对混凝土的性能有影响，主要是级配要求等技术指标，细度模量仅对应级配，细度模量与加入一筛的筛子具有线性依赖性。在外观质量方面，机制砂可与碎石一起获得，现场使用，颗粒等级为0.15至4.75mm，规格破碎成本约7%。对于混凝土，当骨料中粗骨料含量高时，干混凝土的还原量较小，但污泥的微裂纹会增加，从而使混凝土降低其附着力。

2.机制砂与天然砂的比较

天然砂的标称粒径小于80mm，其矿物成分和化学成分与机制砂母岩相同。机制砂和天然砂由相同的母岩制成，并具有相同的热性能。天然砂由于其形成因素，砂粒长期暴露在轧制、风化、磨损等环境中，其颗粒表面是圆形的。由于机制砂是通过机械破碎和筛分制成的，与天然砂相比，具有尖锐，棱角分明，粗糙的表面，机制砂的细度模量通常为2.6-3.2，如果细度模量太大，分类不合理，混凝土和可加工性差。如果细度模量太小，小于0.075毫米的石粉，收缩率会增加，石粉的粒径主要在0.016至0.075毫米之间，吸附在沙粒表面，防止砂和水泥结合。机制砂具有更多的结构孔隙，需要填充污泥，这增加了混凝土的耗水量，生产的能耗会增加。

机制砂由于原石质量和技术装备影响，机制砂和天然砂之间的形态差异。机制砂的形态表面更加粗糙和棱角分明，而天然砂粒则圆润，颗粒类型更好。因此，机制砂的级配高度依赖于批次和制造商，不同厂家分拣砂的批量机分布不同批次的机制砂应用于混凝土，并区分混凝土的可制造性和强度特性。双填充法可以有效解决机制砂颗粒的级配和形状问题，提高混凝土的强度和可加工性。

3.浅谈混凝土中机制砂的应用

社会发展，科技进步，实现绿色高性能的建筑用材，是我国机制砂的历史使命，在保证质量的前提下，尽可能降低混凝土原材料成本，混凝土根据施工的质量要求合理选择和购买原始材料，合规合理；必须确保项目建设中使用的混凝土具有相同的材料和质量。由于工程的设计特点，正确用机制砂混凝土，可以节约能源，自然降低能耗。

机制砂形状越好，分选越好，通过对石粉进行量化，提高附着力，即可以配制具有优异性能的混凝土，水泥消耗量低。从颗粒对混凝土的结果可以看出，石粉的存在和含量对加工其中的小颗粒相对较少，这对提高混凝土的密实度和强度起到了作用。与天然砂相比，机制砂中石粉含量的增加了对水的需求，减少混凝土的附着力；机制砂具有高密度和低孔隙率，这有助于增加混凝土模具蠕变的抗压强度。结果表明，混凝土中的粗颗粒较少，框架结构减弱。强度是混凝土作为结构材料的重要基础。因此，机制砂对水泥混凝土强度的影响也是重要的问题。在相同的强度下，在机制砂表面形成许多微裂纹，吸水后产生膨胀，这会恶化混凝土的强度。机制砂的微裂纹在吸水后会形成更多的毛细管，这将减少混凝土的抗冻性，会降低混凝土的强度。碱性骨料有助于减少水热，从而并促进泵送。此外，还可以减少裂缝的发生，使混凝土的强度更耐用，早期凝固时间14~16小时，最终凝固时间18~20小时，显著降低发热峰值，合理添加适量的低碱含量剂，以适当减少水泥用量，同时促进混凝土凝结。但碱性骨料反应造成的损害一旦发生，就难以预防，也难以停止。当碱性骨料含量较高时发生的化学反应将更加明显。

絮凝剂问题是限制机制砂广泛使用的另一个主要问题。目前，业内尚无有效方法有效中和砂中的絮凝剂成分，使其不影响混凝土体系。根据现行国家和行业标准，机制砂混凝土对物理参数有详细的限制，如类型、级配、MB值和机制砂中的轻质物质含量。但是，没有絮凝剂残留物的标准要求和具体措施。当混凝土制造商在现场检查机制砂时，他们使水泥分子迅速结块沉降，与混凝土的附着力不好，3小时混凝土膨胀损失就越大。为了解决砂中絮凝剂的快速检测机理问题，通过比较对照品的膨胀情况，固定样品的参数来测量对照溶液的膨胀损失，并得到经验，膨胀检测方法还可以调整添加剂含量，固定参考扩展值，膨胀检测方法充分利用砂浆与混凝土适应性的原理，而且提高了试验控制的准确性。在常规的机制砂验收试验中，如系统测试或对象分析，不易发现机制砂絮凝剂的残留物，耗时且成本高。在正常物理控制数据条件下进行膨胀试验时，膨胀小损失大，可快速确定絮凝剂残留；在这种情况下，絮凝剂残留量可以从特定数据中近似确定。

机制砂中石粉含量在10%左右，在配制普通混凝土和高强度混凝土时均可采用机制砂，通过严格控制原材料质量和配合比，可在保证混凝土和易性和流动性的前提下，保证混凝土的可泵性和强度。基于混凝土性质及抗压强度可以得出结论，与天然砂制备的混凝土相比，虽然性能特征略差于天然砂，但强度高于天然砂。随着胶结材料用量的增加和改进，机制砂的性能特征不断提高。正确调整砂速，以及寻找机制砂的最佳添加剂和用量，也可以提高机制砂的性能。简而言之，正确的调整可以使机制砂的性能特征完全满足混凝土的技术要求。

结束语

比较国家和地方当局对机制砂的标准，细度分级范围的规定值大致相同。但大多数地方标准已适当降低机制砂中石粉含量，建议监测机制砂和碎石粉含量在不超过10%的范围内。机制砂的重点是去除和清洁开采过程中母材带来的剥落层、淤泥和粘土，并将无剥落层的石粉、淤泥和粘土涂在耐用混凝土上，使机制砂的石粉含量适当。因此，只要机制砂生产现场固定，质量稳定可靠，无需担心砂中污垢和泥浆含量超标。而且其细度的模块很大，可以减少用水量，以及增加混凝土可加工性。机制砂不仅可以增加混凝土的密实度，还可以减少水泥的成本节约，并且预拌混凝土的强度和耐久性高于天然砂。目前，可以参照实施的国家标准，减少天然砂产量。

参考文献

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[3] 叶斐，陈辉辉.机制砂在水泥混凝土中的应用[J].门窗，2017（10）：231.