機制砂的分析與研究

1、 機制砂的分析與研究摘要：機制砂的應(yīng)用對混凝土工程的質(zhì)量和耐久性提高起到了保證作用，同時也為社會和企業(yè)創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益，本文就機制砂各類特性及質(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中圖分類號：a715文獻標(biāo)識碼：a文章編號：一、前言湖北滬蓉西高速公路地處鄂西南山區(qū)，是湖北省造價最高、施工難度最大的山區(qū)高速公路之一，全國像這樣地質(zhì)條件復(fù)雜、施工條件艱險的高速公路也為數(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)運最遠達數(shù)百公里，每立方河砂運到工地成本高達二、三百元，再者因為現(xiàn)在國土流域資源緊張，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，用開采出來的料石生產(chǎn)機制砂，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，因此機制砂發(fā)展前景廣闊。二、機制砂特性分析機制砂的定義：機制砂(譯為machine-made sand或artificial sand)是“由機械破碎、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)化巖的顆粒”。機制砂的生產(chǎn)：由于機制砂是用專門的制砂機械生產(chǎn)，如用棒磨機制砂，可以通過進料量、料漿濃度、進料粒徑、裝棒量、棒級配等參數(shù)的調(diào)整，按工程的需要，人為地較穩(wěn)定地控制機制砂的質(zhì)量，故得到日益廣泛的

4、應(yīng)用。機制砂總體性能：機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，機制砂與碎石是同一種母巖制成，熱學(xué)性能一致，對大體積混凝土技術(shù)效果尤為顯著。機制砂的規(guī)格：粒度級配良好的一種砂子，一個細度模數(shù)只對應(yīng)一個級配，同時它的細度模數(shù)和單篩的篩余量成線性關(guān)系，對于一種砂子，先通過試驗建立關(guān)系式后，只要測定一個單篩的篩余量即可快速求出細度模數(shù)。機制砂中石粉含量的變化是隨細度模數(shù)變化而發(fā)生變化的，細度模數(shù)越小，石粉含量就越高；反之，細度模數(shù)越大，石粉含量越低。機制砂細度模數(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，級配不合理，混凝土和易性變差。細度模數(shù)太小，則 0.075mm細粉多，混凝土用水量可能增大，強度降低，收縮增大，且機制砂生產(chǎn)電耗上升。從砂子顆粒組成統(tǒng)計結(jié)果分析，機制砂2.36mm和0.075mm的顆粒明顯偏多，而中間顆粒少，級配范圍應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)放寬。機制砂小于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、機制砂的質(zhì)量要求1、顆粒級配機制砂按600m篩孔的累計篩余量（以質(zhì)量百分率計，下同）分成三個級配區(qū)（見表1），其顆粒級配應(yīng)處于表1中的任何一個區(qū)以內(nèi)。機制砂的實際顆粒級配與表1中所

6、列的累計篩余百分率相比，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%，其中對于2.36mm、300m及150m篩孔上的累計篩余還可酌情放寬。2.36mm篩孔的累計篩余，i區(qū)機制砂中可以放寬到505，區(qū)機制砂可以放寬到400，區(qū)機制砂可以放寬到200。300m篩孔的累計篩余，i區(qū)機制砂中可以放寬到9570，區(qū)機制砂可以放寬到9260，區(qū)機制砂可以放寬到8545。150m篩孔的累計篩余，區(qū)機制砂可以放寬到10085，區(qū)機制砂可以放寬到10080，區(qū)機制砂可以放寬到10075。表1機制砂的顆粒級配區(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，應(yīng)提高砂率，并保持足夠的水泥用量

7、，以滿足混凝土的和易性；當(dāng)采用區(qū)砂時宜適當(dāng)降低砂率。對于泵送混凝土用砂，宜選用中砂。2、泥塊含量機制砂中的泥塊含量應(yīng)符合表2的規(guī)定。表2機制砂中泥塊含量限值混凝土強度等級大于等于c60c55c30小于等于c25泥塊含量（按質(zhì)量計，%）0.51.02.0對有抗凍、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?，其泥塊含量視水泥等級而定，一般可放寬至3%4%。3、石粉含量機制砂經(jīng)亞甲藍試驗判定后，石粉含量應(yīng)符合表3的規(guī)定。表3機制砂中石粉含量限值混凝土強度等級大于等于c60

8、c55c30小于等于c25 (1)石粉含量 （按質(zhì)量計，%）mb1.405（3）7（5）10（7）mb1.402.0（1.0）3.05.0注(1)括號外的數(shù)字為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，括號內(nèi)的數(shù)字為國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。(2)根據(jù)使用地區(qū)和用途，在試驗驗證的基礎(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，石粉可以彌補混凝土和易性差的短處，經(jīng)試驗證明能確保工程質(zhì)量，石粉含量可以放寬到20%左右。4、壓碎指標(biāo)機制砂的壓碎指標(biāo)應(yīng)符合表4的規(guī)定。表4機制砂壓碎指標(biāo)混凝土強度等級大于等于c60c55c30小于等于c25單級最大壓碎指標(biāo)（%）2025305、有害物質(zhì)機

9、制砂中如含有云母、輕物質(zhì)、有機物、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機制砂中的有害物質(zhì)限值項 目質(zhì)量指標(biāo)云母含量（按質(zhì)量計，%）2.0輕物質(zhì)含量（按質(zhì)量計，%）1.0硫化物及硫酸鹽含量（以so3質(zhì)量計，%）0.5氯化物（以氯離子質(zhì)量計，%）0.06有機物含量（用比色法試驗）顏色不應(yīng)深于標(biāo)準(zhǔn)色，如深于標(biāo)準(zhǔn)色，則應(yīng)按水泥膠砂強度試驗方法，進行強度對比試驗，抗壓強度比不應(yīng)低于0.95有抗凍、抗?jié)B要求的混凝土，機制砂中云母含量不應(yīng)大于1.0%。機制砂中如發(fā)現(xiàn)含有顆粒狀的硫酸鹽或硫化物雜質(zhì)時，則要進行專門檢驗，確認(rèn)能滿足混凝土耐久性要求時，方能采用。對預(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)對重要結(jié)構(gòu)部位及長期處于潮濕環(huán)境的混凝土工程，應(yīng)采用巖相法和砂漿棒(快速法)或砂漿長度法進行集料的堿活性檢驗。經(jīng)堿集料反應(yīng)試驗后，由機制砂制備的試件無裂縫、酥裂、膠體外溢等現(xiàn)象，在規(guī)定試驗齡期的膨脹率應(yīng)小于0.1%，判定為無潛在堿活性危害。反之，判定為有潛在堿活性危害。經(jīng)上述檢驗判斷為有潛在堿活性危害時，應(yīng)控制混凝土中的堿含量在3.0kg/m3以內(nèi)。對重大工程，還需進行專門的試驗論證，確認(rèn)能

11、保證混凝土的耐久性要求時，方能使用。四、機制砂混凝土與天然砂混凝土的比較因為機制砂由機械破碎、篩分制成，顆粒形狀粗糙尖銳、多棱角，通常用它來配制混凝土砂率比天然河砂混凝土大；并且機制砂顆粒內(nèi)部微裂紋多、空隙率大、開口相互貫通的空隙多、比表面積大，加上石粉含量高等特點，與天然河砂混凝土相比，有其自身的特點，主要表現(xiàn)為以下二個方面：1、混凝土工作性比較機制砂與天然河砂相比，由于有一定數(shù)量的石粉，使得機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)號混凝土中特別明顯，尤其是在實行水泥新標(biāo)準(zhǔn)之后，水泥強度普遍提高。配制混凝土?xí)r很難解決

12、強度富裕過大與工作性之間的矛盾，機制砂中的石粉很好地解決了這個矛盾，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)號混凝土中，對機制砂中的石粉均進行了嚴(yán)格的限制，因為在高標(biāo)號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。含石粉的機制砂混凝土，其初、終凝時間比不含石粉的天然河砂混凝土有所延長，一般可延長50120min，并認(rèn)為主要是由于石粉沒有活性，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，對混凝土的質(zhì)量有利。2、混凝土強度比較強度是混凝土作為結(jié)構(gòu)材料的一個重要依據(jù)。因而機制砂對混凝土的強度影響也是混凝土工作者最關(guān)心的一個問題。據(jù)資料顯示，在同等條件下，用機制砂配制的混凝土比天然河砂配制出的混凝土強度略高。杜慶蟾等人認(rèn)為：由石灰石破碎而成的機制砂，其成分是碳酸鈣，處于高濃度氫氧化鈣中，其表面會發(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)生類似反應(yīng)；且機制砂質(zhì)地堅硬，有新鮮界面，表面能高；機制砂表面粗糙、棱角多，有助于提高界面的粘結(jié)。李拖福等人認(rèn)為：機制砂提高混凝土的強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)為機制砂增強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：石粉對水泥具有增強作用，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)為機制砂中的石粉是其提高的主要原因。混凝土的研究者認(rèn)為：機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、土的密實性，增強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)是混凝土耐久性評價的一個重要指標(biāo)，但對于機制砂混凝土的抗凍融耐久性并沒有系統(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，可以看出機制砂混凝土在工作性、強度、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)，使得其強度、抗?jié)B性、抗凍性都較天然河砂混凝土好。五、機制砂質(zhì)量中的三個問題機制砂在應(yīng)用中有三項主要指標(biāo)備受關(guān)注：石含粉量、壓碎指標(biāo)和細度模數(shù)。石含粉量：機制砂在生產(chǎn)過程中，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，而對泥的含量限制是非常嚴(yán)格的。機制砂中的石粉顯然與泥不同，大量試驗研究與工程應(yīng)用實踐表明：機制砂中含有一定量的石粉對改善中低強度等級混凝土的工作性有較大的幫助，對混凝土強度幾乎沒有影響。但石粉含量較高時，對配制高強混凝土的強度有

17、不利的影響。目前，湖北滬蓉西高速公路多數(shù)專業(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，能有效地把機制砂石粉含量控制在5%以內(nèi)。壓碎指標(biāo)：是指機制砂在外力作用下抵抗破壞的能力，是間接表達機制砂堅固性的一個重要指標(biāo)。壓碎指標(biāo)直接影響所配制混凝土的強度，特別對于高強混凝土的影響最大。湖北滬蓉西高速公路多數(shù)專業(yè)砂石料廠生產(chǎn)的機制砂顆粒形狀較好，加之所采用母巖強度都較高，壓碎試驗值一般在2025%范圍內(nèi)。試驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)某些砂石料廠采用的母巖強度較差時，其壓碎指標(biāo)值將增大，一般都大于25%。機制砂中的針片狀含量對壓碎值最為敏感。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，針片狀顆粒含量多的產(chǎn)品

18、一般均為非專業(yè)砂石料廠生產(chǎn)碎石篩留下的石屑，試驗壓碎指標(biāo)值一般都在30%以上，有些甚至高達40%，這種石屑在本高速公路項目是明令禁用的。大量試驗表明壓碎指標(biāo)值30%是一個比較明顯的分界線，小于30%的機制砂幾乎全是專業(yè)砂石料廠生產(chǎn)，而大于30%的砂樣大部分出自非專業(yè)或小碎石廠的石屑。細度模數(shù)：機制砂在生產(chǎn)過程中，為能除去大部分石粉，往往將300m以下顆粒清除了大部分，從而造成機制砂顆粒級配不好，細度模數(shù)偏大的問題，加之機制砂棱角多，表面粗糙，單獨用于配制混凝土很難滿足其工作性要求，也不符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。針對這一問題，可將之和天然河砂進行摻配，以填充顆粒級配的中間部分，但這一方面目前是正在深入研究的課題，因為這雖然保證了細度模數(shù)符合規(guī)范要求，但對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