1、机制砂在混凝土工程中的应用分析摘要：本文通过采用配合比对照法，研究天然砂与机制砂在混凝土工程中的优劣。分析机制砂与天然砂的特性在混凝土强度、弹性模量、干缩性、抗冻性方面的影响。结果表明：在满足用砂性能指标的前提下，优质机制砂与天然砂一样进行混凝土施工生产是可行的。 关键词：机制砂；天然砂；混凝土耐久性强度；弹性模量；干缩性；抗冻性 Abstract: this article through the use of proportion control method, the natural sand and mechanism sand in concrete engineering are
2、compared. Analysis of mechanism sand and the characteristics of the natural sand in concrete strength, modulus of elasticity, dry shrinkage, frost resistance effects. The results showed that the meet with sand performance of the premise, the high quality mechanism sand and natural sand as concrete c
3、onstruction production is feasible. Keywords: mechanism sand; Natural sand; The durability of concrete strength; Modulus of elasticity; Dry shrinkage; Frost resistance 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012） 引 言 砂作为混凝土主要材料中的一种，分为天然砂和机制砂两大类。机制砂就是经除土处理、由机械破碎、筛分制砂，粒径小于 4.75mm 的岩石颗粒，但不包括软质岩，风化岩石的颗粒。天然砂属
4、于不可再生资源，势必会使得机制砂的应用范围得以扩大。从建筑行业扩大到公路、铁路、水电、冶金等系统,从砌筑砂浆发展到普通混凝土、钢筋混凝土,预应力混凝土、泵送混凝土、气密性混凝土及喷锚支护等工程。但是由于试验标准与技术规范的不完善及试验材料的滞后,我国建筑业对天然砂还存在较强的依赖性,在许多重要结构中对机制砂的使用还存在限制条件。由此可见在国内采用机制砂是已成为混凝土行业可持续发展的趋势。 1 试验原理及试验方法 采用配合比对照试验法研究天然砂与机制砂在混凝土工程中的应用。在同等条件下，即水泥、粉煤灰、矿粉、外加剂、拌合水等原材料相同，采用相同 C50 配合比，而分别使用一组天然砂和另一组机制砂
5、拌制两组混凝土，试验其工作性。留取混凝土抗压、弹模、抗冻、干缩试件，在相同养护条件及龄期的情况下，试验强度、弹性模量、干缩性、抗冻性及经济性来评价混凝土性能指标。 2 原材料 水泥：山西中条山新型建材有限公司生产的 P.O42.5 普通硅酸盐水泥；粉煤灰：山西漳泽电力股份有限公司蒲州发电分公司生产的 I 级粉煤灰，细度 5.6%，烧失量 2.4%；矿粉：临汾市三泰高新建材有限公司生产的 S95 磨细矿渣粉，比表面积 406m2/kg，烧失量 1.1%；砂：碎石：侯村石料厂碎石，粒径 525mm；减水剂：上海法拉德建材有限公司生产的聚羧酸高效减水剂。而细骨料分为天然砂与机制砂两种，其中第一组为陕
6、西省西安市临潼区新丰镇新源砂场生产的天然砂，细度模数2.72.9。第二组为古城水洗砂厂生产的机制砂中砂，细度模数2.73.0； 3 配合比试验情况 配合比对比试验通过优选原材料的质量进行试验。因 C50 是泵送混凝土砂率控制在 35%45%进行配合比试验，其结果如表 1，表 2 所示。 本施工段范围内所处环境等级为 T2。配合比设计参数为含气量大于2%，56d 电通量不大于 1000C，56d 抗冻达到 F200，弹性模量达到3.55104Mpa56 天收缩率40010-6。 表 1 耐久性试验结果 4 试验结果与分析 通过表 1 与表 2 的试验数据，我们从试验强度、弹性模量、干缩性、抗冻性
7、等方面来对比机制砂在混凝土工程中的特性。 4.1 混凝土工作性分析 机制砂与天然河砂相比，由于有一定数量的石粉，使得机制砂混凝土的和易性得到改善，可在一定程度上改善混凝土保水性、泌水性、黏聚性，使得混凝土易于成型振捣。这是由于石粉中小于 75m 的球状颗粒在混凝土中起到了光滑的作用，使得包裹在混凝土中的小颗粒气泡在浆体中不易析出，改善其拌合性能。同时由于石粉的存在,同坍落度的前提下,机制砂的对拌合用水量要增大些。配制混凝土时很难解决强度富余过大与工作性之间的矛盾，机制砂中的石粉很好地解决了这个矛盾，即在低水泥用量情况下，配制出工作性符合要求的混凝土。 在高标号混凝土中，对机制砂中的石粉均进行了
8、严格的限制，因为在高标号混凝土中水灰比较小，石粉的存在严重影响了混凝土的工作性，一般 C50 以上的混凝土机制砂中石粉含量限制 5%以下。含石粉的机制砂混凝土，其凝时间比不含石粉的天然河砂混凝土有所延长，一般可延长半小时左右，并认为主要是由于石粉没有活性，在混凝土中只起到一种隋性掺合料的作用，分散水泥颗粒，降低了水泥的水化热。含气量和泌水率都减少，对混凝土的质量有利。4.2 强度分析 强度是混凝土作为结构材料的一个重要依据。因而砂对混凝土的强度影响也是混凝土工程中的关键环节。按照设计要求，在相同配合比条件下用天然砂和机制砂分别配制 C5O 混凝土，并分别测出在标养环境中 7d 和 28d 标准
9、抗压强度，试验结果如表所示，从表可知，机制砂混凝土强度比河砂混凝土强度要高些，但相差较小，能够满足强度的要求。亚甲蓝 MB 值检验专门用于检测小于 75 m 的物质是纯石粉或泥土的一种检验方法。为防止机制砂在开采加工过程中因各种因素掺入过量的泥土,在 GB/ T14684-2011 建筑用砂中规定测试机制砂石粉含量时必须先进行亚甲蓝MB 值的检验。在 GB 10424-2010 铁路混凝土工程施工质量验收标准中按照混凝土强度等级C30,C30-C45,C50 亚甲蓝 MB 值检验检测结果,合格的机制砂石粉含量按 5%,7%,10%控制使用;检验检测结果不合格的机制砂的石粉含量按 2%,3%,5
10、% 控制使用,这样就避免了因机制砂的石粉含量过高而给混凝土强度带来的不利影响。 据试验配合比结果处理，在同等条件下，用机制砂配制的混凝土比天然河砂配制出的混凝土强度略大。分析认为：由石灰石破碎而成的机制砂，其成分是碳酸钙，处于高浓度氢氧化钙中，其表面会发生微弱化学反应，天然河砂成分中二氧化硅含量高，不能发生类似反应；且机制砂质地坚硬，有新鲜界面，表面能高；机制砂表面粗糙、棱角多，有助于提高界面的黏结。机制砂提高混凝土的强度是由于石粉填充了混凝土中的孔隙，且 0.08mm 以下的石粉可以与水泥熟料生成水化碳铝酸钙。集团公司高工安文汉认为机制砂增强混凝土强度的主要原因是由于石粉的存在可以较明显改善
11、混凝土的孔隙特征，改善浆集料界面结构，并且混凝土晶相有不同程度的改变。并认为就强度而言石粉的最佳含量为 5%。4.3 混凝土弹性模量分析 在保持相同水灰比和水泥用量的条件下，机制砂混凝土的弹性模量高于普通混凝土。弹性模量提高的原因可能是：机制砂粗糙多棱角的颗粒在砂浆中起着骨架作用，限制了水泥石的变形及骨料颗粒之间的滑动；机制砂与水泥石间有良好的黏结界面，使得界面孔隙少，减少了应力集中；机制砂中的石粉提高了水化产物的结晶程度，晶胶比的提高使水泥石在外力作用下的变形减小。4.4 混凝土干缩性能分析 混凝土的干缩性能直接影响混凝土的裂缝，进而影响混凝土的耐久性。其中，研究资料表明石粉含量在 12%以
12、下时，干缩率增大缓慢，石粉含量大于 12%时，干缩率迅速增大。并认为干缩率随石粉含量增加而增大，这是由于石粉中小于 0.075mm 的极细颗粒随石粉含量的增加而增多，这种极细颗粒在混凝土拌和物中起到增加水泥浆含量的作用，混凝土的干缩正是来源于水泥浆的干缩，显然，单位体积水泥浆多，导致干缩率增大。4.5 混凝土抗渗性比较 由于混凝土的抗渗性主要与其纳米级孔结构有关，机制砂中的石粉是其提高抗渗性的主要原因。机制砂中的石粉只是一种有效的微粒填料，虽然不具有活性，但提高了混凝土的密实性，增强了水泥石与骨料界面黏结；另外一种可能是石粉能加速 C3S 的水化，并与 C3A、C4AF 反应生成结晶水化物，并
13、能改善水泥石的孔隙结构，因此抗渗性能得到提高。在天然砂的配合比设计中要想提高混凝土的抗渗性能，势必会加大胶凝材料的使用，那样会加大混凝土的使用成本。4.6 混凝土抗冻性比较 混凝土的抗冻性在北方广大受冻地区是混凝土耐久性评价的一个重要指标。石粉在一定程度上改善了混凝土的毛细孔结构，提高了混凝土的抗冻融性，从而其抗冻性要比天然砂的性能好。5 结论 综合上述研究结果，可以看出机制砂混凝土在工作性、强度、抗渗性、抗冻性等方面表现出一定的优越性，石粉具有一定的微集料填充效果，改善混凝土的孔隙结构，使得其强度、抗渗性、抗冻性都较天然河砂混凝土好。在工程建设过程中,砂石作为混凝土结构材料的重要组成部分,其
14、质量优劣对整个工程的质量及耐久性具有举足轻重的影响。在满足用砂性能指标的前提下,选用经济可行的方案,既要满足施工质量要求,又要有效地控制生产成本,这样在天然砂资源缺乏的地区,使用优质机制砂进行混凝土施工生产不仅是可行的,其经济、生产效益也是显著的。同时在机制砂使用中,也可以进行建筑材料学科方面的研究试验,积累经验,为学科的发展奠定基石。 参考文献 安文汉,铁路工程试验与检测M 山西:山西科学技术出版社,2006 TB10424-2010,铁路混凝土工程施工质量验收标准S 中国铁道出版社,铁道部,2010 DBJ04-279-2009,建筑工程质量检测管理规程S 山西科学技术出版社，山西住房和城乡建设厅,2009 JGJ55-2011,普通混凝土配合比设计规程S 中国建筑工业出版社,住房和城乡建设部，2011 GB/ T50082-2009,普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准S 中国建筑工业出版社,住房和城乡建设部，2011 GB/ T14684-2011,建设用砂S中国标准出版社，国家质量监督检验检疫总局，2012 洪锦华,蒋林华等.人工砂中石粉对混凝土性能影响及其作用机理J.公路交通技术,2005,22(11):84-88
