1、机制砂在混凝土中的设计与应用研究摘要：通过对机制砂技术指标对混凝土性能影响的研究以及通过多次试拌总结优化机制砂混凝土配合比设计的原则，以便于推广机制砂在混凝土中的应用。 关键词： 机制砂；混凝土；设计；应用 中图分类号：U656.31+3 文献标识码：A 文章编号： 前言 中国正处于一个经济高速发展得时代，基础设施建设不断扩大，混凝土的需求也在不断增加，随之而来的对混凝土中的黄砂的需求量不断增大。目前我国大多数地区用的砂为天然砂，但随着基础建设脚步的不断加大，天然砂资源日益减少，混凝土用砂矛盾需求日益突出，迫切需求有新的替代黄砂的材料。机制砂自然成为我们最佳的选择。 1、研究背景 1.1 原料
2、充足 本项目为沈海复线仙游（福州界）至南安金淘高速公路莆田段 A2 标，为典型的山区高速公路。路线全长 5.68Km（以右线计） ，总混凝土方量18.2 万方。隧道工程量占总工程量的 80%左右，单洞总长 9682m。其中隧道挖方量 121.6 万方，其中级围岩方量 66 万方，可充分利用作碎石加工。 1.2 经济效益 本项目混凝土用河砂和碎石，均需从 90km 外的仙游县枫亭镇采购。且莆田市本地天然河砂资源相对缺乏，本地用砂基本都是靠从漳州、梧州等地海运进入。资源少，运距远，直接照成价格相对较高。外购河砂：168 元/ m3 自产机制砂成本:56 元/ m3。机制砂混凝土比用河砂混凝土在成本
3、上节约 112 元/ m3，按总混凝土方量 18.2m3 计算，施工单位在成本上节约 1019.2 万元。 2、影响机制砂混凝土的相关因素 2.1 石粉含量对混凝性能的影响 机制砂与河砂相比表面粗糙、棱角较多，一般机制砂混凝坍落度相对会小。但石粉在一定程度上改善了混凝土的粘聚性、流动性、保水性，使得混凝土易于成型振捣。为便于研究分析不同石粉含量对泵送混凝土工作性能的影响，同时找出最佳的石粉含量范围，我们以 C25 泵送防水混凝土配比（设计坍落度 160200mm）为基础试拌，其结果见下表 1： 表 1 各石粉含量不同的机制砂混凝土性能对照表 根据表 1，绘制机制砂石粉含量与坍落度关系图 1 及
4、石粉含量与强度关系图 2： 1、由图 1 可以看出，在石粉含量8%的范围内，坍落度随着石粉含量的增加而增大，随后随着石粉含量的增大而减小。 2、图 2 可以看出：由于石粉含量对混凝土集料颗粒之间空隙的填充密实作用，随着石粉含量的增加而增大；随着石粉含量的增大空隙填充满后而过量，浆体过多减弱了混凝土的骨架作用，而强度反而减小。 综合考虑混凝土的工作性能以及力学性能，机制砂混凝土中最佳的石粉含量范围应在 6%10%之间。 2.2 机制砂压碎指标对强度的影响 用于生产机制砂的石材强度，决定机制砂的压碎指标。如果石材本身强度偏低，势必会导致机制砂的压碎指标过大，从而影响混凝土的强度。我们对三个不同压碎
5、指标的机制砂，分别拌制不同标号（C30，C25，C20）的混凝土，进行对比分析。详见表 2 表 2 机制砂压碎指标与混凝土强度对照表 通过分析表 2，我们发现类、类机制砂在配制混凝土时，压碎指标对强度影响较小；不合格的机制砂由于其压碎指标的增大导致强度的大幅度降低。 通过以上对主要影响机制砂混凝土性能的两个指标石粉含量和压碎指标进行研究分析，我们充分认识到在机制砂混凝土应用中必须严控这两个主要指标。 3、优化机制砂混凝土的配比设计 3.1 改进地材砂石原材料的质量 大量试配试验表明，机制砂和碎石的级配，颗粒形状、特别是机制砂的石粉含量，是影响混凝土质量的主要原因。因此，必须改进砂石原材料的质量
6、。 机制砂：宜优选级配良好的中粗砂，细度模数在 2.83.5 之间，同时严格控制石粉含量和压碎指标。机制砂石粉含量限值的控制指标：按混凝土强度等级的高低相应控制为高低相应控制为 5%、 、7%、 、10%。 碎石：采用 24 个单粒径掺配合成连续级配的碎石，同时严格控制不规则的大粒径碎石，碎石针片状含量。 3.2 足够的胶凝材料用量 机制砂表面粗糙、棱角较多，不像河砂颗粒比较圆韵，配制的混凝土相对河砂的坍落度小，流动性差等。足够的胶凝材料用量，从而在骨料之间的起到润滑作用，也保证了混凝土的强度及和易性要求。特别是在低强度等级混凝土，如果胶凝材料用量少，砂率偏低，通常混凝土的粘聚性差，流动性差，
7、易离析。 3.3 大取代率掺入粉煤灰 粉煤灰颗粒为珠状体，在混凝土中能起到保水，润滑，粘聚、促强的作用。机制砂混凝土掺入粉煤灰可以提高拌和物的保水性、粘聚性等性能，减少泌水，提高抗离析能力，保持混凝土良好的匀质性。同时机制砂配比中胶凝材料用量相对提高，大取代率的掺入粉煤灰，也可降低成本。 3.4 合理的砂率 通过对机制砂的大量试验得出，机制砂绝大多数属于中粗砂，细度模数大多在 2.83.5 之间。因此，配制机制砂混凝土砂率一般较天然砂混凝土的高 3%5%。宜按“五点法”间隔 2%通过试验进行砂率优选，以和易性达到最佳作为合理砂率。在保证拌和物粘聚性良好的前提下，尽可能的选取较小的砂率，以保证混
8、凝土的弹性模量和干燥收缩。 3.5 选择适宜的外加剂 外加剂宜选择减水率高、坍落度损失小、适量引气、低收缩率比的高效减水剂。由于石粉含量的存在以及机制砂破碎面吸水等因素，机制砂混凝土用水量往往比天然砂混凝土大，使用减水率高的减水剂可以减少用水量，强度得到保障，同时也降低了水泥用量，节约了成本。另外，由于机制砂破碎而得棱角比较多，混凝土中骨料之间的摩擦阻力大，在保证强度的前提下外加剂可以适量的引气，一定程度上提高混凝土骨料之间的润滑性，从而提高混凝土的流动性等。 4、结论 1、机制砂的质量是决定机制砂混凝土质量的基础，因此在生产过程中必须严格控制机制砂质量，特别是石粉含量、压碎指标这两个主要指标
9、； 2、现阶段由于推广面小，对机制砂混凝土缺乏认识，我们必须加强对机制砂混凝土的试配研究，优化机制砂配合比的设计； 3、机制砂用于混凝土中既可以缓解天然砂资源的不足，同时又可以带来巨大的经济效益及环保效益。这必将使得机制砂混凝土，成为以后主要的发展方向。 总之，充分合理利用当地资源，就地取材，一方面可以降低企业成本，同时，只要做好充分的技术研究，机制砂混凝土质量完全可以得到保证。这些都为提高企业市场竞争力打下坚实的技术基础和物质基础。 参考文献： 1中华人民共和国交通运输行业标准 JT/T819-2011公路工程水泥混凝土用机制砂. 2中华人民共和国行业标准 JGJ 55-2011普通混凝土配合比设计规程. 3武汉理工大学主编. 机制砂在混凝土中的应用技术指南.
