机制砂对混凝土性能的影响

机制砂对混凝土性能的影响

苏焕亮

(中建八局西南公司，成都，610041)

摘要：天然砂的大量开采给当地的生态环境带来了严重的破坏。人造砂作为一种新型的砂质地基，其处理方法简便，原料易于获得，可以大大降低工程造价和对生态环境的影响。机制砂的性质受母岩性质、颗粒性质、石粉含量及磁化率等因素的影响。

关键词：机制砂;混凝土;

1机制砂特性

根据2001年国家发布的材料标准，由旧污泥加工而成的各种机器砂子及混合砂子，统称为机制砂。从机制砂的定义来看，这是一种经过机械过滤后，颗粒大小小于4.75 mm的石料颗粒。它的原材料有粗骨料处理后的废料和一些特殊材料。但时至今日，由于各处制作方式的差异，导致这些机器砂石的特性各有差异，无论是粒度，还是粒度，都各不一样。机制砂的主要成分是灰色和白色，其结构较为坚硬，与一般的岩石粉末没有太大的区别。

由于是人为加工，因此在加工过程中不可避免地会添加一些石粉，这也是其与天然砂砾最大的不同之处。石粉是一种通过对石头进行处理得到的具有不同粒径和其他特性，但在成分上基本一致的一种矿物。在混凝土的浇筑过程中，将一定数量的石粉添加到机制砂中，有利于增加混凝土的密实度和综合能，但应将其含量保持在一定的范围内。但受制造技术及力学特性等方面的影响，其壁厚也有差异。就当前的市场需求量而言，中粗砂的需求量很大。如果机制砂的粒径过小，主要是由于在配制过程中添加了过多的石粉，从而导致了水泥的强度等性能的降低；但是，当机制砂颗粒尺寸过大时，就会引起混合比例的不合理，从而对其工作特性产生不利的影响。所以，机制砂中石粉配比的控制要严密，才能使机制砂中石粉配比达到最优。

2机制砂特性对混凝土物理力学性能的影响

2.1泥/石粉含量的影响

石粉比作为水泥基材料特有的工艺参数，其加入对水泥基材料的工作性能、力学性能和耐久性等的影响机制还不清楚。JT/T819-2011 《公路工程水泥混凝土用机制砂》对机械砂中的碎石率进行了较高的限制，即碎石率不能超过1.4阶或更高阶的机器砂，其碎石含量不应超过10%。实验结果显示，当加入比例不同时，所得到的结果也不尽相同。

(1)细粒级集料填充作用。因其超微细结构特征，可强化混凝土对混凝土的包裹作用，提高混凝土的孔隙度，提高混凝土的密度，提高混凝土的力学性能。这大大提升了混凝土的稳定性和有效性，对于整体混凝土品质的提升起到了关键性作用。

(2)水合结晶的形核化作用。利用硅酸三钙的水合作用，通过矿物颗粒吸附硅酸三钙水合时释放的Ca2+，降低界面 Ca的含量，降低其在界面处的聚集，降低其方向，增加其含量，从而构建出具有多个螺旋状结构的紧密网状结构，作为其水合产物的形核场所。研究表明，采用一定比例的硅酸盐作为硅酸盐混凝土的替代品，能够加速和增强硅酸盐混凝土的水化作用，加速硅酸盐混凝土的初期水化过程，加速硅酸盐混凝土的初期生成和沉淀，改善硅酸盐混凝土的孔隙结构，进而改善硅酸盐混凝土的抗碳化、抗早熟开裂、抗氯离子侵蚀等性能。这种作用 不断优化了混凝土的相关性能，实现了多方面、高质量的应用工作，提升了工作的稳定性和有效性，更高的服务于生产过程，满足相关要求。

2.2颗粒级配的影响

细集料粒径分级是将不同粒径的颗粒按照特定的比例进行分级，并以细集料粒径填充粗集料孔隙，经多层往复填充形成的一种有效承载系统。因此，机制砂级配与工作性能，强度，耐用性有很大的联系。因此，本课题提出以机理砂粒径分级特性评价为切入点，探讨机理砂粒径分级特性对水泥石性能的作用规律。虽然细度指数可以很好地刻画细颗粒的尺寸，但是它并不能很好地反映出颗粒的尺寸，因此它并不适用于机理砂的尺寸评价。采用 Fuller级配曲线精确评价机制砂品质，并充分发挥细集料填充致密度与次骨架网络的协同作用，达到最小堆积构造、提高密实度、减少外加剂用量、提高整体性能的目的。

2.3颗粒形貌的影响

然而，由于水泥基材料在配制时普遍出现颗粒级配不均匀和颗粒级配不均匀等问题，使得水泥基材料的工作性质和力学性质受到了极大的限制。《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2005）中，对细集料的颗粒大小和表面粗糙度作了详细的测定，并对其颗粒大小（包括孔隙率和流动时间）作了测定。然后，利用现代图像技术和数字图像识别技术，对集料粒径比等进行量化表征和评价。研究发现，机制砂的物质属性对颗粒形貌具有显著的影响，在1.18-4.75 mm、0.3-0.6 mm的粒径区间内，岩性属性对颗粒形貌的作用最为显著，而机制砂的棱角特征则取决于其粒径大小。受整体形状、棱角和粗糙度等多种影响，机制砂颗粒形态表现出显著的不均一性，并且圆弧程度较低，长径比>2.0，并且颗粒愈粗，其表面愈粗糙。充分发挥机制砂表面结构、形状不规则和边角等特点，提高骨料-水泥石的界面粘接性能，并通过桥联和摩擦等方式提高机制砂的力学性能和应力分布，提高机制砂的力学性能。机制砂中的针杆粒子数量增加，而且粒子的圆形度小，角度大，导致粒子间的摩擦增大，增加了对水泥的填充和润滑，从而导致其流动性下降，工作性能下降。

2.4对混凝土的收缩、蠕变和破坏性能的影响

机制砂作为混凝土中的一种重要骨料，具有特殊的结构和特性，对混凝土的物理力学性能，尤其是收缩、蠕变和破坏性能产生显著影响。本文将重点阐述机制砂特性对混凝土收缩、蠕变和破坏性能的影响。首先，机制砂对混凝土的收缩性能有重要的影响。机制砂颗粒的内部结构和表面粗糙度可以增加混凝土内部的摩擦力和内聚力，从而抑制混凝土的收缩。机制砂颗粒的多角形状和互锁作用能够有效填充骨料间的空隙，减少混凝土的孔隙度和渗透孔隙，降低混凝土的收缩率。机制砂还具有较低的吸水性能，可以减少混凝土与外界环境的水分交换，从而减少干缩和水分引起的收缩。适当掺入机制砂可以改善混凝土的收缩性能，减少收缩裂缝。其次，机制砂对混凝土的蠕变性能也会产生影响。机制砂含有更多的胶结材料与水泥浆体相互作用，进一步提高混凝土的内聚力。这些互锁作用和内聚力可以有效抑制蠕变变形的发展。机制砂颗粒的强度和刚度较高，能够提高混凝土的整体刚度，阻碍蠕变变形的形成。机制砂的加入能够改善混凝土的蠕变性能，减少蠕变变形和变形速率。再次，机制砂对混凝土的破坏性能也会有一定的影响。机制砂的颗粒形状和结构可以增加混凝土的抗压强度和抗剪强度。机制砂的多角形状和内部结构能够增加颗粒间的摩擦力和嵌入力，提高混凝土的抗压和抗剪能力。机制砂颗粒的互锁作用和内聚力也能有效阻止裂缝的扩展，提高混凝土的韧性和抗裂性能。适当的机制砂加入可以提高混凝土的抗压、抗剪和抗裂性能，增加混凝土的破坏韧性。

结论

在对机制砂对混凝土的作用进行分析后，得到了几个适用于我国具体情况的理论，但有些理论仍需作相应的修正，以适应我国建筑行业的实际情况。另外，就机制砂而言，主要是以石灰为主，其他材料仅有少量颗粒。为此，需要深入探讨不同机制的砂石对胶凝材料的作用机制。当前，我国预拌制备混凝土面临着工作性能较低、容易发生离析和泌水、细观效应不清、对机制砂混凝土流变、力学性能和工作性能等方面的全面、深入了解，缺少相应的技术指标。因此还应该针对当前存在的问题进行全方位的分析 与处理工作，不断提升混凝土的质量。

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