機(jī)制砂的分析與研究

1、 機(jī)制砂的分析與研究摘要：機(jī)制砂的應(yīng)用對(duì)混凝土工程的質(zhì)量和耐久性提高起到了保證作用，同時(shí)也為社會(huì)和企業(yè)創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益，本文就機(jī)制砂各類(lèi)特性及質(zhì)量控制等略作分析。 關(guān)鍵詞：特性質(zhì)量要求混凝土 空隙率abstract：mechanism sand application will play an important role for the concrete quality and durability, meanwhile, and also create huge economic benefits for the society and enterprises. in this pap

2、er, it will discuss its quality control.keywords: performance, quality control, concrete, voidage中圖分類(lèi)號(hào)：a715文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：一、前言湖北滬蓉西高速公路地處鄂西南山區(qū)，是湖北省造價(jià)最高、施工難度最大的山區(qū)高速公路之一，全國(guó)像這樣地質(zhì)條件復(fù)雜、施工條件艱險(xiǎn)的高速公路也為數(shù)不多。因地處山區(qū)，由于受地域限制，沿線不出產(chǎn)天然河砂，特別的質(zhì)量較好的黃砂，外地調(diào)運(yùn)最遠(yuǎn)達(dá)數(shù)百公里，每立方河砂運(yùn)到工地成本高達(dá)二、三百元，再者因?yàn)楝F(xiàn)在國(guó)土流域資源緊張，天然河砂資源也并不豐富，所以為降低混凝土成本必須因

3、地制宜，湖北滬蓉西高速公路所處地理環(huán)境料石資源豐富，用開(kāi)采出來(lái)的料石生產(chǎn)機(jī)制砂，供應(yīng)數(shù)量可以得到保證，供應(yīng)途徑更加便捷，最重要的是使用機(jī)制砂生產(chǎn)混凝土，可以大大的降低成本、節(jié)約投資，因此機(jī)制砂發(fā)展前景廣闊。二、機(jī)制砂特性分析機(jī)制砂的定義：機(jī)制砂(譯為machine-made sand或artificial sand)是“由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖的顆?！?。機(jī)制砂的生產(chǎn)：由于機(jī)制砂是用專(zhuān)門(mén)的制砂機(jī)械生產(chǎn)，如用棒磨機(jī)制砂，可以通過(guò)進(jìn)料量、料漿濃度、進(jìn)料粒徑、裝棒量、棒級(jí)配等參數(shù)的調(diào)整，按工程的需要，人為地較穩(wěn)定地控制機(jī)制砂的質(zhì)量，故得到日益廣泛的

4、應(yīng)用。機(jī)制砂總體性能：機(jī)制砂砂顆粒由于具有棱角和表面較粗糙，因而拌制的混凝土和易性較差，可引起混凝土的較大泌水率，但機(jī)制砂中通常含有石粉可以部分改善混凝土的工作性能。通常在同一工地，機(jī)制砂與碎石是同一種母巖制成，熱學(xué)性能一致，對(duì)大體積混凝土技術(shù)效果尤為顯著。機(jī)制砂的規(guī)格：粒度級(jí)配良好的一種砂子，一個(gè)細(xì)度模數(shù)只對(duì)應(yīng)一個(gè)級(jí)配，同時(shí)它的細(xì)度模數(shù)和單篩的篩余量成線性關(guān)系，對(duì)于一種砂子，先通過(guò)試驗(yàn)建立關(guān)系式后，只要測(cè)定一個(gè)單篩的篩余量即可快速求出細(xì)度模數(shù)。機(jī)制砂中石粉含量的變化是隨細(xì)度模數(shù)變化而發(fā)生變化的，細(xì)度模數(shù)越小，石粉含量就越高；反之，細(xì)度模數(shù)越大，石粉含量越低。機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在合理范圍（一

5、般3.03.7）。太大，則粗顆粒太多， 0.3mm顆粒太少，級(jí)配不合理，混凝土和易性變差。細(xì)度模數(shù)太小，則 0.075mm細(xì)粉多，混凝土用水量可能增大，強(qiáng)度降低，收縮增大，且機(jī)制砂生產(chǎn)電耗上升。從砂子顆粒組成統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，機(jī)制砂2.36mm和0.075mm的顆粒明顯偏多，而中間顆粒少，級(jí)配范圍應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬。機(jī)制砂小于0.075mm的顆粒（即石粉），按其性質(zhì)和在混凝土中的作用，都不能等同于天然砂中的泥含量。三、機(jī)制砂的質(zhì)量要求1、顆粒級(jí)配機(jī)制砂按600m篩孔的累計(jì)篩余量（以質(zhì)量百分率計(jì)，下同）分成三個(gè)級(jí)配區(qū)（見(jiàn)表1），其顆粒級(jí)配應(yīng)處于表1中的任何一個(gè)區(qū)以?xún)?nèi)。機(jī)制砂的實(shí)際顆粒級(jí)配與表1中所

6、列的累計(jì)篩余百分率相比，除4.75mm和600m篩孔外，允許稍有超出，但超出總量一般不應(yīng)大于5%，其中對(duì)于2.36mm、300m及150m篩孔上的累計(jì)篩余還可酌情放寬。2.36mm篩孔的累計(jì)篩余，i區(qū)機(jī)制砂中可以放寬到505，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到400，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到200。300m篩孔的累計(jì)篩余，i區(qū)機(jī)制砂中可以放寬到9570，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到9260，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到8545。150m篩孔的累計(jì)篩余，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到10085，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到10080，區(qū)機(jī)制砂可以放寬到10075。表1機(jī)制砂的顆粒級(jí)配區(qū)配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用區(qū)砂。當(dāng)采用區(qū)砂時(shí)，應(yīng)提高砂率，并保持足夠的水泥用量

7、，以滿(mǎn)足混凝土的和易性；當(dāng)采用區(qū)砂時(shí)宜適當(dāng)降低砂率。對(duì)于泵送混凝土用砂，宜選用中砂。2、泥塊含量機(jī)制砂中的泥塊含量應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2機(jī)制砂中泥塊含量限值混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于c60c55c30小于等于c25泥塊含量（按質(zhì)量計(jì)，%）0.51.02.0對(duì)有抗凍、抗?jié)B或其它特殊要求的小于等于c25混凝土用砂，其泥塊含量應(yīng)不大于1.0%。對(duì)于c10和c10以下的混凝土用砂，適量的非包裹型的泥或膠泥，經(jīng)加水?dāng)嚢璺鬯楹罂筛纳苹炷恋暮鸵仔裕淠鄩K含量視水泥等級(jí)而定，一般可放寬至3%4%。3、石粉含量機(jī)制砂經(jīng)亞甲藍(lán)試驗(yàn)判定后，石粉含量應(yīng)符合表3的規(guī)定。表3機(jī)制砂中石粉含量限值混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于c60

8、c55c30小于等于c25 (1)石粉含量 （按質(zhì)量計(jì)，%）mb1.405（3）7（5）10（7）mb1.402.0（1.0）3.05.0注(1)括號(hào)外的數(shù)字為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。(2)根據(jù)使用地區(qū)和用途，在試驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，石粉含量可由供需雙方協(xié)商確定。例如，當(dāng)mb1.40，配制c10以下混凝土?xí)r，由于水泥用量少，石粉可以彌補(bǔ)混凝土和易性差的短處，經(jīng)試驗(yàn)證明能確保工程質(zhì)量，石粉含量可以放寬到20%左右。4、壓碎指標(biāo)機(jī)制砂的壓碎指標(biāo)應(yīng)符合表4的規(guī)定。表4機(jī)制砂壓碎指標(biāo)混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于等于c60c55c30小于等于c25單級(jí)最大壓碎指標(biāo)（%）2025305、有害物質(zhì)機(jī)

9、制砂中如含有云母、輕物質(zhì)、有機(jī)物、氯化物、硫化物及硫酸鹽等有害物質(zhì)，其含量應(yīng)符合表5的規(guī)定。表5機(jī)制砂中的有害物質(zhì)限值項(xiàng) 目質(zhì)量指標(biāo)云母含量（按質(zhì)量計(jì)，%）2.0輕物質(zhì)含量（按質(zhì)量計(jì)，%）1.0硫化物及硫酸鹽含量（以so3質(zhì)量計(jì)，%）0.5氯化物（以氯離子質(zhì)量計(jì)，%）0.06有機(jī)物含量（用比色法試驗(yàn)）顏色不應(yīng)深于標(biāo)準(zhǔn)色，如深于標(biāo)準(zhǔn)色，則應(yīng)按水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)方法，進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度比不應(yīng)低于0.95有抗凍、抗?jié)B要求的混凝土，機(jī)制砂中云母含量不應(yīng)大于1.0%。機(jī)制砂中如發(fā)現(xiàn)含有顆粒狀的硫酸鹽或硫化物雜質(zhì)時(shí)，則要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)檢驗(yàn)，確認(rèn)能滿(mǎn)足混凝土耐久性要求時(shí)，方能采用。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土，其氯離子含

10、量不得大于0.02%。6、表觀密度、堆積密度、空隙率機(jī)制砂的表觀密度、堆積密度、空隙率應(yīng)符合如下規(guī)定：表觀密度大于2500 kg/m3、松散堆積密度大于1350 kg/m3、空隙率小于49%。7、堿集料反應(yīng)對(duì)重要結(jié)構(gòu)部位及長(zhǎng)期處于潮濕環(huán)境的混凝土工程，應(yīng)采用巖相法和砂漿棒(快速法)或砂漿長(zhǎng)度法進(jìn)行集料的堿活性檢驗(yàn)。經(jīng)堿集料反應(yīng)試驗(yàn)后，由機(jī)制砂制備的試件無(wú)裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象，在規(guī)定試驗(yàn)齡期的膨脹率應(yīng)小于0.1%，判定為無(wú)潛在堿活性危害。反之，判定為有潛在堿活性危害。經(jīng)上述檢驗(yàn)判斷為有潛在堿活性危害時(shí)，應(yīng)控制混凝土中的堿含量在3.0kg/m3以?xún)?nèi)。對(duì)重大工程，還需進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的試驗(yàn)論證，確認(rèn)能

11、保證混凝土的耐久性要求時(shí)，方能使用。四、機(jī)制砂混凝土與天然砂混凝土的比較因?yàn)闄C(jī)制砂由機(jī)械破碎、篩分制成，顆粒形狀粗糙尖銳、多棱角，通常用它來(lái)配制混凝土砂率比天然河砂混凝土大；并且機(jī)制砂顆粒內(nèi)部微裂紋多、空隙率大、開(kāi)口相互貫通的空隙多、比表面積大，加上石粉含量高等特點(diǎn)，與天然河砂混凝土相比，有其自身的特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下二個(gè)方面：1、混凝土工作性比較機(jī)制砂與天然河砂相比，由于有一定數(shù)量的石粉，使得機(jī)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、粘聚性，使得混凝土易于成型振搗。這些作用在低標(biāo)號(hào)混凝土中特別明顯，尤其是在實(shí)行水泥新標(biāo)準(zhǔn)之后，水泥強(qiáng)度普遍提高。配制混凝土?xí)r很難解決

12、強(qiáng)度富裕過(guò)大與工作性之間的矛盾，機(jī)制砂中的石粉很好地解決了這個(gè)矛盾，即在低水泥用量情況下，配制出工作性符合要求的混凝土。甚至在碾壓混凝土中要求機(jī)制砂砂中的石粉含量不低于12，以利于混凝土的碾壓成型。中國(guó)工程院譚靖夷院士還提出:“碾壓混凝土必須使用高石粉含量的砂子”。但在高標(biāo)號(hào)混凝土中，對(duì)機(jī)制砂中的石粉均進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，因?yàn)樵诟邩?biāo)號(hào)混凝土中水灰比較小，石粉的存在嚴(yán)重影響了混凝土的工作性，一般人工砂中石粉含量限制在5以下。含石粉的機(jī)制砂混凝土，其初、終凝時(shí)間比不含石粉的天然河砂混凝土有所延長(zhǎng)，一般可延長(zhǎng)50120min，并認(rèn)為主要是由于石粉沒(méi)有活性，在混凝土中只起到一種隋性摻合料的作用，分散水泥

13、顆粒，降低了水泥的水化熱。含氣量和泌水率都減少，對(duì)混凝土的質(zhì)量有利。2、混凝土強(qiáng)度比較強(qiáng)度是混凝土作為結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)重要依據(jù)。因而機(jī)制砂對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響也是混凝土工作者最關(guān)心的一個(gè)問(wèn)題。據(jù)資料顯示，在同等條件下，用機(jī)制砂配制的混凝土比天然河砂配制出的混凝土強(qiáng)度略高。杜慶蟾等人認(rèn)為：由石灰石破碎而成的機(jī)制砂，其成分是碳酸鈣，處于高濃度氫氧化鈣中，其表面會(huì)發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)，天然河砂成分中二氧化硅含量高，不能發(fā)生類(lèi)似反應(yīng)；且機(jī)制砂質(zhì)地堅(jiān)硬，有新鮮界面，表面能高；機(jī)制砂表面粗糙、棱角多，有助于提高界面的粘結(jié)。李拖福等人認(rèn)為：機(jī)制砂提高混凝土的強(qiáng)度是由于石粉填充了混凝土中的孔隙，且0.08mm以下的石

14、粉可以與水泥熟料生成水化碳鋁酸鈣。安文漢等認(rèn)為機(jī)制砂增強(qiáng)混凝土的主要原因是由于石粉的存在可以較明顯改善混凝土的孔隙特征，改善漿集料界面結(jié)構(gòu)，并且混凝土晶相有不同程度的改變。并認(rèn)為就強(qiáng)度而言石粉的最佳含量為5。根據(jù)已有的研究，我們認(rèn)為：石粉對(duì)水泥具有增強(qiáng)作用，認(rèn)為石粉在水泥水化反應(yīng)中起晶核作用，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，加速水泥水化并參加水泥的水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，并阻止鈣礬石向單硫型的水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化。3、混凝土抗?jié)B性比較由于混凝土的抗?jié)B性主要與其孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此大多數(shù)人認(rèn)為機(jī)制砂中的石粉是其提高的主要原因?；炷恋难芯空哒J(rèn)為：機(jī)制砂中的石粉只是一種有效的填料，雖然不具有活性，但提高了混凝

15、土的密實(shí)性，增強(qiáng)了水泥石與骨料界面粘結(jié)；而有人則認(rèn)為石粉能加速c3s的水化，并與c3a、c4af反應(yīng)生成結(jié)晶水化物，并能改善水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)，因此抗?jié)B性能得到提高。4、混凝土抗凍性比較混凝土的抗凍性在北方廣大地區(qū)是混凝土耐久性評(píng)價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)，但對(duì)于機(jī)制砂混凝土的抗凍融耐久性并沒(méi)有系統(tǒng)的研究。有研究者在配制c40混凝土?xí)r采用50的石屑替代河砂以提高混凝土的抗凍性，并得到較好的結(jié)果，其中采用石屑替代的經(jīng)200次凍融循環(huán)后比未替代的強(qiáng)度少損失9.96。認(rèn)為主要是石粉在一定程度上改善了混凝土的毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)，提高了混凝土的抗凍融性。綜合上述研究結(jié)果，可以看出機(jī)制砂混凝土在工作性、強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性等

16、方面表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，尤其是在低標(biāo)號(hào)混凝土中，石粉具有一定的微集料填充效果，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，使得其強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性都較天然河砂混凝土好。五、機(jī)制砂質(zhì)量中的三個(gè)問(wèn)題機(jī)制砂在應(yīng)用中有三項(xiàng)主要指標(biāo)備受關(guān)注：石含粉量、壓碎指標(biāo)和細(xì)度模數(shù)。石含粉量：機(jī)制砂在生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免地附帶有少量粒徑小于0.075mm的石粉。按天然砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，小于0.075mm顆粒定義為泥，而對(duì)泥的含量限制是非常嚴(yán)格的。機(jī)制砂中的石粉顯然與泥不同，大量試驗(yàn)研究與工程應(yīng)用實(shí)踐表明：機(jī)制砂中含有一定量的石粉對(duì)改善中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的工作性有較大的幫助，對(duì)混凝土強(qiáng)度幾乎沒(méi)有影響。但石粉含量較高時(shí)，對(duì)配制高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度有

17、不利的影響。目前，湖北滬蓉西高速公路多數(shù)專(zhuān)業(yè)砂石料廠工藝配制較完善，大都配備了旋風(fēng)收集石粉裝置或靜電收塵系統(tǒng)，有的還采用水洗除粉工藝，能有效地把機(jī)制砂石粉含量控制在5%以?xún)?nèi)。壓碎指標(biāo)：是指機(jī)制砂在外力作用下抵抗破壞的能力，是間接表達(dá)機(jī)制砂堅(jiān)固性的一個(gè)重要指標(biāo)。壓碎指標(biāo)直接影響所配制混凝土的強(qiáng)度，特別對(duì)于高強(qiáng)混凝土的影響最大。湖北滬蓉西高速公路多數(shù)專(zhuān)業(yè)砂石料廠生產(chǎn)的機(jī)制砂顆粒形狀較好，加之所采用母巖強(qiáng)度都較高，壓碎試驗(yàn)值一般在2025%范圍內(nèi)。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某些砂石料廠采用的母巖強(qiáng)度較差時(shí)，其壓碎指標(biāo)值將增大，一般都大于25%。機(jī)制砂中的針片狀含量對(duì)壓碎值最為敏感。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，針片狀顆粒含量多的產(chǎn)品

18、一般均為非專(zhuān)業(yè)砂石料廠生產(chǎn)碎石篩留下的石屑，試驗(yàn)壓碎指標(biāo)值一般都在30%以上，有些甚至高達(dá)40%，這種石屑在本高速公路項(xiàng)目是明令禁用的。大量試驗(yàn)表明壓碎指標(biāo)值30%是一個(gè)比較明顯的分界線，小于30%的機(jī)制砂幾乎全是專(zhuān)業(yè)砂石料廠生產(chǎn)，而大于30%的砂樣大部分出自非專(zhuān)業(yè)或小碎石廠的石屑。細(xì)度模數(shù)：機(jī)制砂在生產(chǎn)過(guò)程中，為能除去大部分石粉，往往將300m以下顆粒清除了大部分，從而造成機(jī)制砂顆粒級(jí)配不好，細(xì)度模數(shù)偏大的問(wèn)題，加之機(jī)制砂棱角多，表面粗糙，單獨(dú)用于配制混凝土很難滿(mǎn)足其工作性要求，也不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。針對(duì)這一問(wèn)題，可將之和天然河砂進(jìn)行摻配，以填充顆粒級(jí)配的中間部分，但這一方面目前是正在深入研究的課題，因?yàn)檫@雖然保證了細(xì)度模數(shù)符合規(guī)范要求，但對(duì)混凝土其它性能的影響還未探明，這里只是借此提出復(fù)合砂的