機制砂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計及其外加劑研究分析 土木工程專業(yè)

機制砂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計及其外加劑研究摘要當(dāng)今社會日益繁榮，經(jīng)濟飛速發(fā)展，帶來基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)也相應(yīng)發(fā)展迅猛。配置混凝土傳統(tǒng)所用的天然砂資源已經(jīng)越來越匱乏，已經(jīng)不能滿足工程需求了，因此機制砂在社會建設(shè)過程中扮演著一個越來越重要的角色，它將填補天然砂資源的緊缺所帶來空缺。所謂機制砂，就是通過制砂機和其它附屬設(shè)備加工而成的砂子。由于機制砂是通過機械設(shè)備人為生產(chǎn)出來。過程可以得到控制，因此其成品更加規(guī)則，可以根據(jù)不同工藝要求加工成不同規(guī)則和大小的砂子，更能滿足日常需求，憑借這些優(yōu)點與天然砂相比其占有一定的優(yōu)勢。但是與天然砂相比，機制砂有級配較差，顆粒尖銳而且棱角，表面較粗糙，細度模數(shù)偏大等特點，因此在工程界，人們對使用機制砂來配置高強高性能的混凝土還是存有一定疑慮，由于對其性能的不了解，使得機制砂在高強高性能混凝土結(jié)構(gòu)和一些重要部位混凝土的應(yīng)用受阻。所以如何來了解并改善機制砂的性能使其能得到更為普遍的應(yīng)用已經(jīng)變得非常重要。機制砂與天然砂的最主要區(qū)別，就是在機制砂的生產(chǎn)過程中不可避免的要產(chǎn)生一定數(shù)量的顆粒直徑小于75μm的石粉，而石粉的含量對機制砂混凝土的性能有著很大的影響，本文中也就會就其含量對其機制砂混凝土性能的影響進行討論，而在天然砂中就不存在這個問題，同時，在堅固性方面，機制砂也要比天然砂稍差一點，但是仍然可以達到GB/T141684293標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的的優(yōu)等品指標(biāo)，因此在建筑用混凝土中使用不存在問題。但是如果是用在經(jīng)常遭受摩擦沖擊的混凝土構(gòu)件中，則必須摻用外加劑，外加劑的使用對機制砂混凝土的影響也將在本文中討論。除了上述的石粉含量和外加劑的使用對機制砂混凝土的性能有很大影響外，母巖的性質(zhì)和生產(chǎn)工藝對機制砂的性能也有很大的影響，從而影響機制砂混凝土的性能。本文就將從這幾個方面來研究他們對機制砂混凝土各項性能的影響，從而對它們進行優(yōu)化設(shè)計來提高機制砂混凝土的性能。關(guān)鍵詞：機制砂，混凝土，母巖，石粉，生產(chǎn)工藝，外加劑，性能目錄第一章緒論………………….….……21.1研究背景和意義……….….……21.1.1天然砂資源匱乏…………………….………21.1.2國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制約……………….………31.1.3機制砂性能的研究尚不成熟……………….41.1.4現(xiàn)代建筑對高性能混凝土的需求…………………..….…..51.1.5研究的意義……………….…61.2機制砂混凝土的研究和使用現(xiàn)狀………….….61.3存在的各種問題………………….……....….…91.4研究目標(biāo)和途徑………………….………….…101.4.1研究目標(biāo)……………………..………..….…101.4.2研究途徑………………….…10第二章機制砂性能對混凝土的影響…………….….102.1機制砂母巖及其影響………………...……...…102.1.1母巖種類及特性………………….……....…102.1.2母巖質(zhì)量要求……………………..….…..…132.1.3母巖檢測……………….……132.1.4不同母巖對混凝土效果區(qū)別………….....…142.2機制砂的生產(chǎn)工藝及其影響………………..…162.2.1機制砂生產(chǎn)工藝及設(shè)備選型………….……162.2.2機制砂生產(chǎn)工藝流程……………….....……172.2.3不同工藝生產(chǎn)出來的機制砂，對混凝土是否有影響…………..……...…172.3石粉對混凝土特性的影響及機理………..……182.3.1石粉含量的影響……….……182.3.2機制砂石粉含量實驗分析及含量要求……………..…...…182.3.3石粉對混凝土性能的影響……………….…19第三章外加劑對機制砂混凝土性能的影響………………….….…213.1外加劑作用機理和效果………………….….…213.2外加劑機制砂混凝土與天然砂混凝土效果上的明顯區(qū)別………………..…233.3外加劑在面對機制砂的時候所需改進………………….….…23第四章機制砂混凝土配合比……………………..…234.1機制砂混凝土配合比對混凝土性能的影響……………….….234.2機制砂混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計……………..…24第5章結(jié)語………………………..…25參考文獻………………………...….…26致謝………………26第一章緒論1.1研究背景和意義1.1.1天然砂資源匱乏隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)相應(yīng)加快。而在建筑中混凝土是必不可少的，砂又是混凝土的核心。目前我國大多數(shù)地區(qū)使用的都是天然砂，即由自然條件作用（主要是巖石風(fēng)化）而形成的，粒徑在5mm以下的巖石顆粒。由于天然砂不適宜長途運輸，因此屬于一種地方資源。而且在短期內(nèi)不可再生，由于建筑需求日益增加，導(dǎo)致很多地區(qū)天然砂資源短缺，一些本來天然砂資源就不豐富的地方甚至出現(xiàn)砂荒。例如重慶、貴州、云南、恩施這些地方，河砂資源很少，甚至根本就沒有，給當(dāng)?shù)氐幕A(chǔ)建設(shè)帶來了極大的不便。物以稀為貴，在天然砂短缺的地區(qū)，其價格必然會上漲。在這種經(jīng)濟利益的驅(qū)使下，我國很多地區(qū)出現(xiàn)了亂挖、亂采天然砂的現(xiàn)象，破壞河道挖沙、毀田挖沙等現(xiàn)象在很多地區(qū)都有發(fā)生，特別是在一些落后的地區(qū)，缺少環(huán)保意識，不注重生態(tài)環(huán)境的保護，只為追求利益，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)被破壞。這其中特別是對河道的破壞，挖沙船在將河道里的砂挖出來后，就會在河床上留下很多很深的水潭，兒童在這中水潭里溺亡的新聞實在不少。由于這種過度且無序地開采對環(huán)境和社會都帶來了很多嚴(yán)重的危害，國家和各地方政府陸續(xù)采取的相關(guān)措施來限制這中過度開采。比如從2002年開始，國家就限制長江的采砂量為每年5000t。在這種天然砂資源匱乏的情況下，推廣機制砂的使用就變得勢在必行，而攻克機制砂混凝土的相關(guān)技術(shù)難題使其性能達到相關(guān)使用標(biāo)準(zhǔn)就成了這個推廣過程的第一關(guān)。1.1.2國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制約針對國內(nèi)機制砂和天然砂的使用情況，為了規(guī)范和推進機制砂混凝土的應(yīng)用，使其市場更加有序，國家于2002年發(fā)布了新標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》（GB/T14684-2001）,該標(biāo)準(zhǔn)首次明確規(guī)定了使用機制砂的相關(guān)技術(shù)要求。毫無疑問，該新標(biāo)準(zhǔn)的推行對機制砂的推廣應(yīng)用具有很重要的意義。但是在這項標(biāo)準(zhǔn)中，一些相關(guān)規(guī)定還是限制了機制砂混凝土的應(yīng)用。其對不同硬度的混凝土用機制砂中石粉含量進行了限制。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定強度等級小于C30的機制砂混凝土所用機制砂中的石粉含量應(yīng)該小于或等于7%，強度等級在C30到C60之間的機制砂混凝土所用機制砂中的石粉含量應(yīng)該小于或等于5%，強度等級大于C60的機制砂混凝土所用機制砂中的石粉含量應(yīng)該小于或等于3%。這項規(guī)定在很大程度上阻礙了機制砂混凝土的發(fā)展與推廣應(yīng)用，主要表現(xiàn)在兩個方面。第一就是增加了機制砂的生產(chǎn)工藝的難度性，從而提高了機制砂的生產(chǎn)成本；第二就是浪費了大量礦產(chǎn)資源，污染環(huán)境。說其增加了生產(chǎn)難度，提高了生產(chǎn)成本是因為目前國內(nèi)外生產(chǎn)機制砂都是通過破碎法生產(chǎn)，而通過這種生產(chǎn)方法生產(chǎn)出來的機制砂一般石粉含量在10%~20%。而為了使機制砂成品的石粉含量控制在3%、5%、7%，那么在生產(chǎn)過程中就得控制的更低，即相應(yīng)為1%、3%、5%，如此低的石粉含量，幾乎就是要把機制砂中石粉全部洗凈，很顯然這的確增加了生產(chǎn)難度，并且提高了生產(chǎn)成本。說其浪費了大量礦產(chǎn)資源，污染環(huán)境是因為目前機制砂中常用的除粉工藝是用水洗，每一立方機制砂大約需水2~4m3。而隨水一起流走的粉體材料一般要占到10%~20%，這樣既浪費了礦產(chǎn)資源又浪費了水資源。而且在排除的污水中，石粉在水中逐漸積累形成泥漿，量大并且難以處理，這樣帶來的結(jié)果就是嚴(yán)重污染了環(huán)境，同時流失了大量的礦產(chǎn)資源。1.1.3機制砂性能的研究尚不成熟我國發(fā)布的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）中已經(jīng)規(guī)定：“在河砂不易得到時，也可用山砂或用硬質(zhì)巖加工的機制砂”，但是在實際工程中，往往不是如此。例如在建造一些重大的橋梁時，仍然采用的是天然砂而不敢采用機制砂，其原因就在于我們對機制砂性能的研究尚不成熟，對其在某些特殊環(huán)境下會產(chǎn)生哪些變化還不是很清楚，某些研究成果還研究領(lǐng)域還存在一定的爭議，因此在橋梁這種關(guān)系社會安全的重大工程中，不敢輕易采用機制砂。具體的有以下幾個方面：1.1.3.1大部分研究僅限于石灰?guī)r，缺少其他巖性機制砂的研究目前國內(nèi)對機制砂性能的研究局限于石灰?guī)r的研究，很少有其他巖性機制砂的研究。但是我國地域面積廣闊，各地的各種礦石儲量都不相同，但是在建筑的時候需要因地制宜，即取用儲量最為豐富的礦石。在那些石灰?guī)r儲量豐富的地區(qū)，因為有關(guān)于石灰?guī)r機制砂的相關(guān)研究，用石灰?guī)r生產(chǎn)機制砂還能得到推廣。但是在一些石灰?guī)r儲量稀少的地區(qū)，而其他巖石儲量豐富，由于缺少相應(yīng)巖性機制砂的研究，人們對其各方面的性能還是心存疑慮，于是該種巖性機制砂的應(yīng)用就會受阻，導(dǎo)致其他巖性的機制砂的應(yīng)用和質(zhì)量控制方面還依然存在缺陷。1.1.3.2機制砂中石粉含量對混凝土性能的影響存在爭議目前，各國對機制砂中石粉含量的最高限值不盡相同，某些國家甚至高達20%，而我國的標(biāo)準(zhǔn)本文前面所述，高達3%、5%、7%，這種規(guī)格已經(jīng)是相當(dāng)嚴(yán)格了。但是盡管有如此嚴(yán)格的限值要求，規(guī)定的制定者并沒有給出相應(yīng)的理論依據(jù)，這在一定程度上也不利于機制砂的推廣使用。而且各方面對目前石粉含量對機制砂混凝土性能的影響也存在爭議，使得他在應(yīng)用中缺乏強有力的理論依據(jù)。例如，有研究認(rèn)為，大幅增加石粉的含量，會導(dǎo)致混凝土在固化的過程中收縮迅速增大。但是另一方面，也有研究認(rèn)為當(dāng)石粉的含量達到某一臨界值，繼續(xù)增加石粉的含量將會降低混凝土的收縮。這些研究上的爭議也阻礙著機制砂的推廣應(yīng)用。1.1.3.3缺少對高石粉含量機制砂混凝土耐久性的研究現(xiàn)階段我們對于石粉含量在機制砂混凝土中起的影響作用主要集中在兩個方面，一是石粉含量對機制砂混凝土工作性能的影響，二是石粉含量對機制砂混凝土強度的影響。這兩者都是影響混凝土工作安全可靠性的重要影響因素，但是混凝土作為一種建筑材料，做好放在那里不是一天兩天的事，短則幾十年，長則上半年，而在這其中要經(jīng)受風(fēng)吹日曬，雨打雪淋，這就必須考慮到一個耐久性的問題。機制砂混凝土的耐久性如何，特別是高石粉含量的機制砂的耐久性，石粉不同于外加劑，盡管有一些微弱的化學(xué)性質(zhì)，但是在混凝土中只能作為一種惰性添加劑，這些都缺少相關(guān)的研究，沒有更充足的理論依據(jù)，當(dāng)石粉含量高時，對機制砂混凝土的耐久性是否會產(chǎn)生影響，我們無從得知。我們的研究在這些方面的不成熟，也會給機制砂混凝土的推廣應(yīng)用帶來困難。1.1.3.4缺少機制砂的MB值對混凝土各項性能的研究MB值又稱為亞藍值，表示機制砂中石粉含量的多少。因為在國標(biāo)GB/T14684-2001《建筑用砂》規(guī)定必須用亞甲藍方法檢測混凝土用機制砂中的泥粉含量。該規(guī)定要求混凝土用機制砂的MB值必須小于1.4。當(dāng)機制砂的MB值大于或者等于1.4的時候，用這種機制砂來配置高強度高性能的混凝土的時候，該規(guī)定對機制砂中石粉含量的限值更為嚴(yán)格。就如同上述對一般機制砂中石粉含量的最高限值的規(guī)定一樣，其制定者也沒有給出對機制砂MB值規(guī)定以及在MB值大于或等于1.4時對機制砂中石粉含量嚴(yán)格控制的理論依據(jù)。按照嚴(yán)格的生產(chǎn)要求去執(zhí)行，卻沒有強有力的理論依據(jù)來支撐，這無疑對機制砂在應(yīng)用的過程中帶來困難。因此，加深這方面的研究是十分重要的。1.1.3.5沒有專門的機制砂混凝土配置技術(shù)在機制砂的實際應(yīng)用過程中，目前還是按照天然砂配置混凝土的方法來配置機制砂混凝土的。但是我們知道，機制砂與天然砂有很大區(qū)別，在這個配置的過程中，就會在很大程度上忽略了機制砂的某些特性，從而會使其按照傳統(tǒng)方法配置出來的混凝土存在或多或少的問題。1.1.4高性能混凝土在現(xiàn)代建筑里越來越重要對高性能混凝的研究是現(xiàn)代混凝土技術(shù)的一個主要研究方向。一些學(xué)者把高性能混凝土成為21世紀(jì)混凝土，可見高性能混凝土在現(xiàn)代建筑中的重要性。其名稱的由來要追溯到1990年，在由美國混凝土學(xué)會（ACI）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）共同主辦的一次研究討論會上，正式提出這個概念。大會給出了高性能的具體概念，高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝，采用優(yōu)質(zhì)材料配制，便于澆搗、不離析、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期的強度較高、具有韌性和穩(wěn)定性等各項性能的耐久混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)。

因為高性能混凝土具有優(yōu)異的工程技術(shù)特性，引起了各個國家的廣泛關(guān)注和重視，陸續(xù)投入了大量的人力、物力、財力來研究和開發(fā)相關(guān)應(yīng)用。在很短的時間內(nèi)，使得高性能混凝土技術(shù)取得了很大的進步?，F(xiàn)代建筑主要追求的是實用性和觀賞性，正因為如此，對混凝土的要求越來越高，在這種背景下，高性能混凝土應(yīng)運而生。足夠的強度，優(yōu)良的力學(xué)性能，良好的施工性能和優(yōu)異的耐久性能都是高性能混凝土的特點。因此研究機制砂對混凝土性能的影響對社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。1.1.5研究的意義由于以上所述的各種原因，研究機制砂混凝土已經(jīng)是勢在必行。弄清楚機制砂對混凝土性能影響的機理及作用原理，攻克機制砂混凝土應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，為機制砂混凝土的推廣應(yīng)用提供可靠且強有力的理論知識基礎(chǔ)，對解決天然砂匱乏這一關(guān)系國民生活質(zhì)量的問題，對維持社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，提高我國混凝土技術(shù)，支持國民基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，保護生態(tài)環(huán)境有著不可磨滅的作用。1.2機制砂混凝土的研究和使用現(xiàn)狀我們知道機制砂與天然砂存在許多差別，其主要表現(xiàn)在石粉含量（顆粒直徑小于75μm的顆粒），級配與粒形等諸多方面，這些差異性也直接導(dǎo)致了天然砂混凝土和機制砂混凝土性能上的差異性，針對這些差異性，國內(nèi)外學(xué)者都已經(jīng)進行了很多的研究。1.2.1機制砂的特性最新的國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》GB/T14684-2001中規(guī)定了人工砂的含義，即把經(jīng)過除土處理而得到的機制砂和混合砂都成為人工砂（Manufacturedsand），都要按照人工砂的技術(shù)要求和檢驗方法來進行生產(chǎn)應(yīng)用。該標(biāo)準(zhǔn)將機制砂（Machine-madesand或Artificialsand）定義為“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?！?，而混合砂的定義是“由機制砂和天然砂混合制成的砂”。通過機械破碎的方式和篩分的特點將機制砂的基本特性定義如下：①生產(chǎn)特點：目前機制砂都是通過破碎生產(chǎn)，已經(jīng)形成了系統(tǒng)的機制砂生產(chǎn)線。機制砂生產(chǎn)線有振動給料機、顎式破碎機、制砂機、振動篩和膠帶傳輸機等設(shè)備組合而成。根據(jù)不同的工藝要求，各種型號的設(shè)備進行組合，滿足客戶的不同工藝要求。首先，石料由粗碎機進行初步破碎，然后，產(chǎn)成的粗料由膠帶運輸機輸送至細碎機進一步破碎，細碎后的石料進振動篩篩分出兩種石子，滿足制砂機進粒粒度的石子進制砂機機制砂，另一部分返回細碎機繼續(xù)進行細破。進制砂機的石子一部分制成砂，經(jīng)洗砂機清洗后制成成品砂，另一部分進制砂機再次破碎。由于機制砂的可控制性，即細度模數(shù)、粒形和級配都可以人為控制。這是與天然砂最大的區(qū)別，也是其優(yōu)勢所在。②外觀特征：天然砂的外觀大部分呈黃色，而且其中的含泥量不易直接觀察出。而機制砂大多顆粒尖銳，呈黑色或灰白色，石粉含量較高，通過干法生產(chǎn)的機制砂，在石粉含量10%的時候，看上去就完全像石粉一樣，會使人心存疑慮，擔(dān)心其配合出來的混凝土的質(zhì)量問題而不敢使用。③石粉含量：機制砂在破碎生產(chǎn)的過程中，不可避免的會有一定量的石粉產(chǎn)生，這是正?，F(xiàn)象，如前文所述，這也是天然砂與機制砂最主要的區(qū)別。石粉的概念是加工前經(jīng)除土處理，加工后形成的粒徑小于75μm的顆粒，他的化學(xué)成分和礦物組成與被加工的母巖都是一樣的。另外值得注意的就是泥，泥也是由顆粒直徑小于75μm的顆粒組成，但是石粉與泥的成分不同，粒徑的分布不同，在配制混凝土的使用過程中所起的作用也不相同。天然砂中存在的泥對混凝土的性能是有害的，會降低混凝土的力學(xué)性能。與泥不同的是，機制砂中的石粉對混凝土是有益的。正因為有適量石粉的存在，才彌補了機制砂配制混凝土?xí)r和易性差的缺陷。與此同時，適量石粉的摻入對完善混凝土特細骨料的級配(在這一點上，天然砂由于其生成形式的限制，其特細級配部分是不完善的)，提高混凝土密實性都是有益的，進而起到提高混凝土綜合性能的作用。④粗細程度：目前機制砂基本都為中粗砂，細度模數(shù)一般都在3.0~3.7之間浮動。如果機制砂的細度模數(shù)過大，則粗顆粒太多，顆粒直徑小于300μm顆粒太少，級配就不合理，混凝土的和易性就會變差。如果機制砂的細度模數(shù)過小，則顆粒直徑小于75μm石粉就太多，混凝土的用水量都會增大，導(dǎo)致混凝土的強度降低，收縮量增大，并且機制砂的生產(chǎn)電耗會增加。這就是說，機制砂中的石粉含量的多少，是與機制砂的細度模數(shù)密切相關(guān)的，如果細度模數(shù)小，則顆粒直徑小于75μm的顆粒就多，即石粉含量高。反之，細度模數(shù)大，石粉含量就低。⑤級配狀況：通過分析顆粒組成的統(tǒng)計結(jié)果可知，機制砂中顆粒直徑大于2.36mm和小于0.15mm的顆粒偏多，而中間顆粒偏少(尤其是0.3mm~1.18mm的顆粒)，有時甚至?xí)霈F(xiàn)某一粒級斷檔的情況。但是就總體上來說，機制砂基本上可以符合天然砂I區(qū)和II區(qū)砂的技術(shù)要求。⑥顆粒形狀：由于機制砂是經(jīng)機械破碎制成的，所以顆粒形狀多數(shù)呈三角體或者方矩體（有些片狀顆粒較多），表面粗糙，顆粒尖銳并且有棱角，這對集料和水泥的粘結(jié)是有利的，但是對混凝土的和易性卻是不利的，特別是當(dāng)應(yīng)用在強度等級低的混凝土中時，會引起混凝土的較大泌水率，而適量石粉的存在，則可在一定程度上彌補這一缺陷。1.2.2機制砂的制備技術(shù)發(fā)展概況目前所有的機制砂制備方法可以分為干法制砂和濕法制砂。傳統(tǒng)所用的細碎機例如棒磨機和圓錐細碎機，其要求進料的顆粒直徑要小于25mm，因此在將原料送入細碎機進行制砂之前必須進過多次的粗碎將大塊的母巖破碎成滿足細碎機的進料要求后，再將其送入細碎機進行細碎，一般最少需先行進行3次粗碎。這樣無疑增加了生產(chǎn)工藝的復(fù)雜程度，并且提高了機制砂生產(chǎn)成本。隨著越來越多的學(xué)者投入到機制砂的制備技術(shù)研究，其制備技術(shù)已經(jīng)向前發(fā)展了一個階段?，F(xiàn)在出現(xiàn)的一些高性能細碎機，其進料粒徑已經(jīng)可以達到40~60mm，這在很大程度上降低了生產(chǎn)成本，因為可以減少細碎之前的粗碎步驟。根據(jù)目前國內(nèi)外的機制砂生產(chǎn)經(jīng)驗，其大致的生產(chǎn)工藝流程圖如下圖所示。1.2.2.1濕法制砂目前濕法制砂中最常見的制砂設(shè)備是棒磨機，其進料粒徑一般為5到25mm，生產(chǎn)處的成品砂中顆粒直徑大于5mm的碎石含量比較少。經(jīng)其生產(chǎn)處的產(chǎn)品進螺旋分級機和旋流器分成廢污泥水和成品機制砂。生成的廢污泥水要送到沉砂池或者旋轉(zhuǎn)式分級機，回收混在里面流失的細砂，減少資源的浪費。而剩余的污水進一步通過專門的凈化設(shè)備進行處理再排放。1.2.2.2干法制砂干法制砂如上所述，首先，石料由粗碎機進行初步破碎，然后，產(chǎn)成的粗料由膠帶運輸機輸送至細碎機進一步破碎，細碎后的石料進振動篩篩分出兩種石子，滿足制砂機進粒粒度的石子進制砂機機制砂，另一部分返回細碎機繼續(xù)進行細破。進制砂機的石子一部分制成砂，經(jīng)洗砂機清洗后制成成品砂，另一部分進制砂機再次破碎。在國外一些工程中為了降低石粉含量、減少制砂機磨損、簡化工藝流程，通常會采取降低設(shè)備破碎比和調(diào)低進料粒徑等一系列辦法來解決這些問題。1.2.2.3機制砂加工設(shè)備的發(fā)展隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的步伐逐漸加快，建筑用砂的需求量越來越大。傳統(tǒng)所用的天然砂已經(jīng)難以滿足需求量，因此使用機制砂來代替天然砂已經(jīng)變得勢在必行。而面對如此大的需求量，加快研究機制砂的生產(chǎn)工藝技術(shù)對提高機制砂的生產(chǎn)質(zhì)量和效益變得尤為重要。（1）在大型工程項目中，砂料的生產(chǎn)一直都受到高度重視，因此采用先進的制砂設(shè)備，研究新的制砂工藝，可以大大提高機制砂生產(chǎn)工藝的可靠性，保證產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約工程投資。

（2）對于大型工程項目，特別是混凝土量大、強度性能要求高的工程，混凝土骨料加工規(guī)模龐大，

機制砂的生產(chǎn)宜與粗骨料生產(chǎn)分開，以利于系統(tǒng)生產(chǎn)運行管理，穩(wěn)定均衡機制砂的生產(chǎn)。

（3）逐步實現(xiàn)機制砂獨立生產(chǎn)，可實現(xiàn)自動控制，減少生產(chǎn)管理人員的配置，產(chǎn)品質(zhì)量可實現(xiàn)計算機實時監(jiān)控，自動調(diào)整。

（4）機制砂生產(chǎn)規(guī)模不超過200t/h和人工料場開采石料質(zhì)量容易控制時，可以考慮使用干法生產(chǎn)機制砂，這樣可以滿足環(huán)保要求，同時也可以節(jié)約項目投資。1.3目前機制砂混凝土存在的各種問題同許多其他新事物一樣，新事物的產(chǎn)生與應(yīng)用肯定要與傳統(tǒng)的東西競爭。機制砂也是一樣。由于傳統(tǒng)的習(xí)慣性思維影響，只要有天然砂的存在，盡管其質(zhì)量有時并比不上機制砂，但是人們還是會選擇用天然砂，這就給機制砂的發(fā)展應(yīng)用帶來一定的阻力。在國內(nèi)，只有少數(shù)地區(qū)建立了正規(guī)的砂石交易市場。全國大多數(shù)地方的砂石交易還是靠原始的個體信息和狀態(tài)來完成的，這樣就是的買家想買卻買不到，而好的砂石又因為沒有正規(guī)的交易渠道發(fā)揮不了真正的價值。這樣一來，砂石的價格就被簡單的生產(chǎn)方式和最低的資源成本所決定，非法采砂市場此時趁虛而入，從而阻礙了機制砂的發(fā)展。砂石是典型的地域化的材料,而且又是能消耗較多自然資源的產(chǎn)品,在建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟中能發(fā)揮著非常重要的作用,但由于過去天然砂生產(chǎn)主體比較分散,涉及到水利、國土、環(huán)保、建設(shè)、建材和鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府等多個政府管理部門,未能引起應(yīng)有的重視和管理。機制砂的生產(chǎn)和市場應(yīng)由當(dāng)?shù)卣跋嚓P(guān)主管部門共同協(xié)調(diào)管理，加強監(jiān)督機構(gòu)的執(zhí)法力度，杜絕非法開采和生產(chǎn)，只有做到這樣，機制砂才能得到迅速而健康的發(fā)展,為社會建設(shè)和保護環(huán)境做出應(yīng)有的貢獻。1.4研究目標(biāo)和途徑1.4.1研究目標(biāo)研究機制砂，就是要針對其特性，通過分析混凝土的微觀結(jié)構(gòu)和宏觀性能，探討機制砂母巖特性、生產(chǎn)工藝、石粉含量和外加劑多混凝土力學(xué)性能、工作性能和、穩(wěn)定性和耐久性的影響與作用機理，從而為機制砂的推廣應(yīng)用提供堅實的理論基礎(chǔ)。1.4.2研究途徑通過對比及實驗分析來獲得相應(yīng)實驗數(shù)據(jù)，并查閱前人在這一方面做出的相關(guān)研究資料，在總結(jié)已有結(jié)論的同時，得出自己的結(jié)論。第二章機制砂性能對混凝土的影響2.1機制砂母巖及其影響2.1.1母巖種類及特性母巖，顧名思義就是生產(chǎn)機制砂所用的原料礦石。目前廣泛使用的母巖有石英巖、片麻巖、花崗巖、玄武巖、石灰?guī)r、大理巖這幾種。文獻[8]對這幾種母巖的性質(zhì)特性給出了很詳細的介紹。（1）石英巖石英巖主要礦物為石英，可含有云母類礦物及赤鐵礦、針鐵礦等。石英巖是一種主要由石英組成的變質(zhì)巖，石英巖的含量大于85%，是石英砂巖及硅質(zhì)巖經(jīng)過變質(zhì)作用形成。一般是由石英砂巖或其他硅質(zhì)巖石經(jīng)過區(qū)域變質(zhì)作用，重結(jié)晶而形成的。也可能是在巖漿附近的硅質(zhì)巖石經(jīng)過熱接觸變質(zhì)作用而形成石英巖。石英巖的原巖可以是很多種，包括單礦物石英砂巖，含泥沙鈣質(zhì)石灰砂巖，膠體沉積的硅質(zhì)巖和深海放射蟲硅質(zhì)巖。可以根據(jù)變晶程度、副產(chǎn)物、結(jié)構(gòu)、巖石共生組合及產(chǎn)狀等特性來區(qū)分不同原巖形成的石英巖。石英巖硬度高，吸水較低，顆粒細膩，結(jié)構(gòu)緊密，而且分布廣泛方便開采。（2）片麻巖片麻巖是一種變質(zhì)巖，而且變質(zhì)程度深，具有片麻狀構(gòu)造或條帶狀構(gòu)造，有鱗片粒狀變晶，主要由長石、石英、云母等組成，其中長石和石英含量大于50%，長石多于石英。如果石英多于長石，就叫做“片巖”而不再是片麻巖。片麻巖主要由長石、石英組成，中粗粒變晶結(jié)構(gòu)和片麻狀或條帶狀構(gòu)造的變質(zhì)巖。片麻巖一種變質(zhì)巖。通常為中-高級變質(zhì)作用的產(chǎn)物。具明顯的片麻狀構(gòu)造。主要由長石、石英和各種暗色礦物（云母、角閃石、輝石等）組成。根據(jù)巖石的物質(zhì)成分可分為富鋁片麻巖、斜長片麻巖、堿長（二長）片麻巖和鈣質(zhì)片麻巖等。還可依所含礦物種類進一步分為角閃石斜長片麻巖、石榴子石斜長片麻巖、黑云母斜長片麻巖等。其原巖類型比較復(fù)雜，可以是正常沉積巖（粘土巖、粉砂巖等），也可以是火山巖、火山碎屑巖或各種侵入巖。在一定的溫度和壓力條件下，可由區(qū)域變質(zhì)作用或接觸變質(zhì)作用形成。（3）花崗巖花崗巖（Granite）是一種巖漿在地表以下凝卻形成的火成巖，主要成分是長石和石英?；◢弾r的語源是拉丁文的granum，意思是谷粒或顆粒。因為花崗巖是深成巖，常能形成發(fā)育良好、肉眼可辨的礦物顆粒，因而得名?；◢弾r不易風(fēng)化，顏色美觀，外觀色澤可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨損，除了用作高級建筑裝飾工程、大廳地面外，還是露天雕刻的首選之材?；◢弾r是巖漿在地下深處經(jīng)冷凝而形成的深成酸性火成巖，部分花崗巖為巖漿和沉積巖經(jīng)變質(zhì)而形成的片麻巖類或混合巖化的巖石?；◢弾r主要組成礦物為長石、石英、黑白云母等，石英含量是10%～50%。長石含量約總量之2/3，分為正長石、斜長石（堿石灰）及微斜長石（鉀堿）。不同品種的礦物成份不盡相同，還可能有含輝石和角閃石?；◢弾r質(zhì)地堅硬，難被酸堿或風(fēng)化作用侵蝕，常被用于建筑物的材料?；◢弾r（Granite）的語源是拉丁文的granum，而漢字名詞花崗巖則是由日本人翻譯而來。明治初期的辭典與地質(zhì)學(xué)書籍將Granite翻譯作花崗巖或花剛巖?；ㄐ稳葸@種巖石有美麗的斑紋，剛或崗則表示這種巖石很堅硬，也就是有著花般斑紋的剛硬巖石的意思。中國學(xué)者則沿用此譯名。（4）玄武巖玄武巖(basalt)屬基性火山巖。是地球洋殼和月球月海的最主要組成物質(zhì)，也是地球陸殼和月球月陸的重要組成物質(zhì)。1546年，G.阿格里科拉首次在地質(zhì)文獻中，用basalt這個詞描述德國薩克森的黑色巖石。漢語玄武巖一詞，引自日文。日本在兵庫縣玄武洞發(fā)現(xiàn)黑色橄欖玄武巖，故得名。玄武巖的主要成份是二氧化硅、三氧化二鋁、氧化鐵、氧化鈣、氧化鎂（還有少量的氧化鉀、氧化鈉），其中二氧化硅含量最多，約占百分之四十五至五十左右玄武巖的顏色，常見的多為黑色、黑褐或暗綠色。因其質(zhì)地致密，它的比重比一般花崗巖、石灰?guī)r、沙巖、頁巖都重。玄武巖結(jié)晶程度和晶粒的大小，主要取決于巖漿冷卻速度。緩慢冷卻（如每天降溫幾度）可生成幾毫米大小、等大的晶體；迅速冷卻（如每分鐘降溫100℃），則可生成細小的針狀、板狀晶體或非晶質(zhì)玻璃。因此，在地表條件下，玄武巖通常呈細粒至隱晶質(zhì)或玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)，少數(shù)為中粒結(jié)構(gòu)。常含橄欖石、輝石和斜長石斑晶，構(gòu)成斑狀結(jié)構(gòu)。斑晶在流動的巖漿中可以聚集，稱聚斑結(jié)構(gòu)。這些斑晶在玄武巖漿通過地殼上升的過程中形成（歷時幾個月至幾小時），也可在噴發(fā)前巨大的巖漿儲源中形成?；|(zhì)結(jié)構(gòu)變化大，隨巖流的厚薄、降溫的快慢和揮發(fā)組分的多寡，在全晶質(zhì)至玻璃質(zhì)之間存在各種過渡類型，但主要是間粒結(jié)構(gòu)、填間結(jié)構(gòu)、間隱結(jié)構(gòu)，較少次輝綠結(jié)構(gòu)和輝綠結(jié)構(gòu)。（5）石灰?guī)r石灰?guī)r（Limestone）簡稱灰?guī)r，以方解石為主要成分的碳酸鹽巖。有時含有白云石、粘土礦物和碎屑礦物，有灰、灰白、灰黑、黃、淺紅、褐紅等色，硬度一般不大，與稀鹽酸反應(yīng)劇烈。石灰?guī)r主要是在淺海的環(huán)境下形成的。石灰?guī)r按成因可劃分為粒屑石灰?guī)r（流水搬運、沉積形成）；生物骨架石灰?guī)r和化學(xué)、生物化學(xué)石灰?guī)r。按結(jié)構(gòu)構(gòu)造可細分為竹葉狀灰?guī)r、鮞粒狀灰?guī)r、豹皮灰?guī)r、團塊狀灰?guī)r等。石灰?guī)r的主要化學(xué)成分是CaCO3易溶蝕，故在石灰?guī)r地區(qū)多形成石林和溶洞，稱為喀斯特地形石灰?guī)r是燒制石灰和水泥的主要原料，是煉鐵和煉鋼的熔劑。（6）大理巖大理巖屬于變質(zhì)巖，又稱大理石。因在中國由于云南省大理縣盛產(chǎn)這種巖石而得名。由碳酸鹽巖經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用或接觸變質(zhì)作用形成。主要由方解石和白云石組成，此外含有硅灰石、滑石、透閃石、透輝石、斜長石、石英、方鎂石等。具粒狀變晶結(jié)構(gòu)，塊狀（有時為條帶狀）構(gòu)造。通常白色和灰色大理巖居多。大理巖是由石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、白云巖等碳酸鹽巖石經(jīng)區(qū)域變質(zhì)作用和接觸變質(zhì)作用形成，方解石和白云石的含量一般大于50%，有的可達99%。但是除少數(shù)純大理巖外，在一般大理巖中往往含有少量的其他變質(zhì)礦物。由于原來巖石中所含的雜質(zhì)種類不同（如硅質(zhì)、泥質(zhì)、碳質(zhì)、鐵質(zhì)、火山碎屑物質(zhì)等），以及變質(zhì)作用的溫度、壓力和水溶液含量等的差別，大理巖中伴生的礦物種類也不同。例如，由較純的碳酸鹽巖石形成的大理巖中，方解石和白云石占90%以上，有時可含有很少的石墨、白云母、磁鐵礦、黃鐵礦等，在低溫高壓條件下方解石可轉(zhuǎn)變成文石；由含硅質(zhì)的碳酸鹽巖石形成的大理巖中，在中、低溫時可含有滑石、透閃石、陽起石、石英等，在中、高溫時可含有透輝石、斜方輝石、鎂橄欖石、硅灰石、方鎂石等，在高溫低壓條件下可出現(xiàn)粒硅鈣石、鈣鎂橄欖石、鎂黃長石等；由含泥質(zhì)的碳酸鹽巖石形成的大理巖中，在中、低溫時可含有蛇紋石、綠泥石、綠簾石、黝簾石、符山石、黑云母、酸性斜長石、微斜長石等，在中、高溫時可含有方柱石、鈣鋁榴石、粒硅鎂石、金云母、尖晶石、磷灰石、中基性斜長石、正長石等。2.1.2母巖質(zhì)量要求2.1.2.1物理性能要求機制砂配置混凝土首先需要考慮的就是硬度，剛度問題，否則配制出來的混凝土很難達到要求。因此，這就要求所用母巖需要質(zhì)地堅硬，還要值得考慮的一點就是母巖的極限強度，對于石灰?guī)r，其極限強度應(yīng)不小于80MPa，對于砂巖，其極限前度應(yīng)不小于55MPa。如果母巖的質(zhì)地松軟，則在破碎過程中將達不到應(yīng)有的效果，而且也不利于后續(xù)生產(chǎn)工序的進行。且母巖應(yīng)不能較高的吸水性，因為機制砂生產(chǎn)工藝的最后一步就是進行水洗，除掉其中過量的石粉，如果母巖有高的吸水性，則在這一步中，成品將吸水而隨石粉一起流走，這顯然是不能允許的。2.1.2.2化學(xué)性能的要求對于化學(xué)性能，因為在機制砂的生產(chǎn)過程到使用過程中，能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的機會不多。在生產(chǎn)過程中，全部都是物理變化過程。而在使用過程，也就是與水泥配制混凝土的過程中，可能會遇到其他一些物質(zhì)，因此這就需要機制砂有一定的化學(xué)穩(wěn)定性。而機制砂的化學(xué)組成又是與其母巖相同的，因此要求母巖具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性。2.1.3母巖檢測針對母巖的前期檢測，主要有以下幾種快速檢測指標(biāo)。下面將舉例進行試驗說明。（1）飽和面干吸水率飽和面干吸水率決定了混凝土的工作性、耐久性和工作性有很大的影響。如果母巖的吸水率過高會嚴(yán)重影響混凝土的經(jīng)時損失和其工作性能，同時會造成更嚴(yán)重的干縮和混凝土耐久性的降低。下表1是天然黃沙與3種機制砂的飽和面干吸水率。表1黃沙和3種機制砂的飽和面干吸水率%黃沙花崗巖機制砂玄武巖機制砂凝灰?guī)r機制砂1.151．522.066.08（2）膠砂流動度及損失膠砂流動度評價機制砂混凝土能否滿足工作要求的一個重要性能指標(biāo)。本項目也選取黃砂、花崗巖機制砂、玄武巖機制砂、凝灰?guī)r機制砂來進行實驗研究。為了與實際機制砂混凝土的使用情況更接近，按m（水泥）：m（機制砂）：m（水）=500:1250:200，脂肪族系列減水劑【固含量（30±0.5）%減水率21%】摻量占水泥質(zhì)量的1.8%來配置膠砂，測試膠砂流動度結(jié)果如表2。表2膠砂流動度測試結(jié)果項目黃砂花崗巖玄武巖凝灰?guī)r粗砂中砂粗砂中砂粗砂中砂初始流動度/mm220210195180150成團，沒有流動度松散粉狀，沒有流動度30min流動度/mm185180165150很干（3）混凝土坍落度和損失混凝土坍落度主要是指混凝土的塑化性能和可泵性能，在施工中這些都是必須要考慮的。選取黃砂、花崗巖機制砂、玄武巖機制砂、凝灰?guī)r機制砂來配置混凝土進行坍落度的實驗研究。按m（水泥）：m（機制砂）：m（水）：m（石）=367:850:183.5:995配置機制砂混凝土，按照m（水泥）：m（黃砂）：m（水）：m（石）=367:905:183.5:940來配置黃砂混凝土，其坍落度測試結(jié)果見表3所示。表3混凝土坍落度測試結(jié)果項目黃砂花崗巖玄武巖凝灰?guī)r粗砂中砂粗砂中砂粗砂中砂初始坍落度/mm23021019518013050沒有工作性1h后坍落度/mm190165140120500沒有工作性影響著膠砂流動性的主要因素是石材的種類和級配。由上述實驗可以看出，花崗巖機制砂與天然砂有相近的流動度，玄武巖機制砂次之，而凝灰?guī)r機制砂則沒有流動性可言。而級配對流動性的影響大致可以歸納為：機制砂的細度模數(shù)越小，細顆粒越多，則配制的混凝土流動性越差。2.1.4不同母巖對混凝土效果區(qū)別為了驗證研究不同巖性的母巖對混凝土性能的影響，在相同的實驗條件下，選取天然黃砂、石英巖機制砂、玄武巖機制砂配置了強度等級為C50的混凝土試樣，對其力學(xué)性能和工作性能進行檢測，結(jié)果如表4所示。表4不同巖性對混凝土性能的影響母巖工作性/mm抗壓強度/mm坍落度擴展度3d28d天然黃砂21048055.5559.20石英巖機制砂20015052.5758.50玄武巖機制砂16039037.0560.80從表4中可以得出，與天然砂配制的混凝土相比，機制砂配制的混凝土在工作性能上要遜色很多。在早期的強度測試，即從坍落度這一欄可以看出，玄武巖早起的強度下降較多，但是后期的強度卻有明顯回升，甚至可以超過天然黃砂。對于工作性，石英巖機制砂的坍落度和擴展度都有下降，擴展度的下降幅度甚至達到了70%。這其中的原因主要有一下幾個方面。首先，玄武巖機制砂中的石粉含量是石英巖機制砂中的兩倍，在相同的水灰比下，石粉含量越多，顆粒之間小的顆粒增多，所需要的水量就增大，而在相同的實驗條件下，給水量是相同的，因此其坍落度下降。另外，高石粉含量的玄武巖機制砂中的級配可能不合理，導(dǎo)致配制出來的混凝土和易性較差，易離析，這也可是玄武巖擴展度大的原因。其次，玄武巖表面粗糙，且裂縫較多，使得其中的大顆粒的吸附作用更大，這也是玄武巖機制砂的需水量增多的原因。對于強度性能方面，可以看到石英砂的強度幾乎是與天然黃砂相同的，這是因為石英砂與天然黃砂的成分基本相同，使得兩者的強度幾乎相同。而對于玄武巖，其前期強度較低，是因為玄武巖機制砂的細度模數(shù)大，需水量大，流動性小，導(dǎo)致緊實性較差。而后期強度回升，甚至超過了天然黃沙，是因為玄武巖中包裹在玻璃體中的活性硅鋁質(zhì)氧化物的溶出，發(fā)生二次水花，優(yōu)化了界面過渡期的微結(jié)構(gòu)，并且與此同時，一定程度上加快了水泥水花，從而是后期的強度升高。通過以上的實驗，可以得出以下四個結(jié)論：（1）由于巖性的不同，在用相同機制砂生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)出來的機制砂在石粉含量、堆積密度、表面密度、細度模數(shù)等物理性質(zhì)差異較大。機械強度較大且表面硬度大的母巖經(jīng)過破碎生產(chǎn)出來的機制砂，大顆粒直徑的和細顆粒直徑的顆粒含量過多，導(dǎo)致級配較差，不適宜直接用于混凝土的配制，應(yīng)先經(jīng)過人工篩選才能投入使用。（2）河砂石粉中的顆粒沒有尖銳的棱角，都被鈍化。玄武巖石粉顆粒中棱角較多，而且表面粗糙，配制混凝土?xí)r需水量大，主要含透輝石、鈉長石、蛇紋石等諸多硅酸鹽礦物，并且含有一定量的玻璃體。（3）不同巖性的母巖對混凝土性能的影響，主要是因為不同母巖生產(chǎn)出來的機制砂中石粉含量和顆粒形狀大小不同。而經(jīng)過對比表中數(shù)據(jù)可知，石粉含量比顆粒形狀對混凝土性能的影響更大。（4）石英砂與天然黃砂的成分基本相同，因此兩者經(jīng)破碎生產(chǎn)得到的機制砂性能基本相同。但是對于玄武巖，包裹于玻璃體中的SiO2和Al2O3可以溶出，進行二次水化，這個過程中會消耗Ca（OH）2，會加速水泥的水化速度。與此同時，生成的二次水化產(chǎn)物填充在C-S-H凝膠的空隙中，也有利于加強強度。由此可見，有一定活性的礦物比惰性礦物經(jīng)破碎生產(chǎn)出的機制砂配制的混凝土有更好的強度性能和耐久性。2.2機制砂生產(chǎn)工藝及其影響2.2.1機制砂生產(chǎn)工藝及設(shè)備選型機制砂基本生產(chǎn)工藝流暢前文已有介紹，大致可以歸納為：塊石→粗碎→中碎→細碎→篩分→除塵→機制砂。可以用一句話總結(jié)，即將塊狀巖石經(jīng)多次破碎后制成顆粒直徑小于4.75mm的機制砂。一下就破碎原理、破碎機和制砂機的選用原則進行討論。2.2.1.1破碎方法和原理目前生產(chǎn)中常見的生產(chǎn)方法和原理見表5。表5常見破碎方法和原理2.2.1.2破碎機的選用原則在機制砂的生產(chǎn)工藝中，一般是采取三級破碎工藝，即粗碎、中碎、制砂機破碎，不同破碎階段所用的破碎機也是不同的。粗碎中常用的是顎式破碎機，中碎中常用的是反擊式破碎機，而制砂機破碎中大多是沖擊式破碎。各種破碎機的性能見表6.表6常用破碎機性能2.2.1.3制砂機選用原則制砂機中一般采用反擊式制砂機、棒磨機或沖擊式制砂機，他們的具體性能見表7。表7反擊式制砂機、棒磨機和沖擊式制砂機對比2.2.2機制砂生產(chǎn)工藝流程其具體的制砂流程見下圖所示。2.2.3不同工藝生產(chǎn)出來的機制砂，對混凝土是否有影響機制砂的生產(chǎn)工藝多種多樣，不同工藝生產(chǎn)出來的機制砂配制的混凝土的性能肯定也是不一樣的。合理的生產(chǎn)設(shè)備、優(yōu)良的制砂工藝是機制砂生產(chǎn)質(zhì)量的保證，決定的最終混凝土的各項性能。通過機制砂的生產(chǎn)工藝對于振動給料篩的技術(shù)要求、母巖的技術(shù)要求、物料幾種破碎方法及其機理、常用破碎機、制砂機、除粉設(shè)備的性能特點的綜合分析，為了制備出級配優(yōu)異的的機制砂，應(yīng)該選取質(zhì)量檢測過關(guān)的母巖，并且根據(jù)母巖的情況調(diào)整振動給料篩尺寸，粗碎宜采用顎式破碎機，中碎宜采用反擊式破碎機，制砂機宜采用立式?jīng)_擊式破碎機，除粉宜采用干法分級機除粉，如采用濕法除粉推薦采用輪式洗砂機。2.3石粉對混凝土特性的影響及機理2.3.1石粉含量的影響石粉是在機制砂生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粒徑小于75μm的巖石顆粒，石粉的產(chǎn)生不可避免，這也是機制砂與天然砂最顯著的區(qū)別。機制砂的邊角逐漸被磨得平滑，棱角部分被磨掉就形成了石粉。一般生產(chǎn)工藝中生產(chǎn)的石粉含量都在10%以上。但是由于國家標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格規(guī)定，這樣生產(chǎn)出來的機制砂石粉含量都不能滿足要求，因此一般在機制砂生產(chǎn)工藝的最后一步就是洗砂，即洗去機制砂制造過程中產(chǎn)生的過量的石粉，從而使其達到國家標(biāo)準(zhǔn)。石粉與天然砂中的泥不同，泥的存在對混凝土的各項性能是有害的，而石粉能構(gòu)成機制砂的微細級配，是機制砂的重要組成部分，所以適宜含量石粉對混凝土有增強作用。2.3.2機制砂石粉含量實驗分析及含量要求2.3.2.1實驗方案本次實驗按照2個水膠比（0.45,0.42）和5種不同石粉含量（10.0%，14.5%，15.3%，18.0%，21.3%）組合分為10個組，并嚴(yán)格按照水工混凝土試驗規(guī)程(SL352—2006)檢測混凝土拌合物和易性、混凝土立方體抗壓強度（7d，28d），通過比較分析，得出最優(yōu)者。下表流出實驗過程中各項實驗數(shù)據(jù)以便進行分析。表8實驗數(shù)據(jù)對比由此表可以得出不同十分含量的機制砂對混凝土和易性的差別，見下表。表9石粉含量對混凝土和易性的影響組號和易性組號和易性BD-1離析BD-6離析BD-2好BD-7好BD-3好BD-8好BD-4稍泌水BD-9稍泌水BD-5泌水BD-10稍泌水從表中可以看出，石粉含量在14.5%和15.3%的混凝土的和易性要好。另外還必須考慮的就是石粉含量對混凝土抗壓強度的影響，具體實驗數(shù)據(jù)見下表所示。表10不同石粉含量對混凝土抗壓強度的影響由表10可以看出，在同一種水膠比下，石粉含量在從10%增到到14.5%的過程中混凝土的強度明顯增大，石粉含量在14.5%到18%之間時，混凝土強度趨于穩(wěn)定，當(dāng)石粉含量大于18%時，又有很明顯的降低。當(dāng)石粉含量相同時，水膠比為0.42的混凝土抗壓強度較大。因此，由上述實驗結(jié)果可以得出，在實際生產(chǎn)中，應(yīng)盡量選用0.42的水膠比來配制混凝土，并且將石粉含量控制在14%~18%之間，這樣配制出來的混凝土在工作性能和強度性能上都能滿足要求。2.3.3石粉對混凝土性能的影響試驗研究在相同的水膠比條件下，石粉分別以10%、20%、30%、40%、50%和60%的替代率等量替代天然砂，考察不同的石粉替代率下混凝土的工作性能和力學(xué)性能，以找出石粉替代部分天然砂的最佳替代率。實驗所用的配合比如下圖所示。得出的實驗結(jié)果如下圖所示。根據(jù)上表可以得出石粉含量對混凝土性能的影響。當(dāng)石粉的代替率小于30%時，混凝土的初始坍落度基本與標(biāo)準(zhǔn)的混凝土一直，在60min內(nèi)的坍落度也基本保持一致。與此同時，在30%的替代率范圍內(nèi)，在坍落度經(jīng)時損失方面，在60min時的坍落度損失量不大于15mm。而從和易性來看，當(dāng)石粉代替率小于30%時，隨著石粉含量的增加，混凝土的和易性在逐漸變好，由此帶來混凝土的泵送性更佳。而當(dāng)石粉含量的代替率大于30%時，由圖中可見混凝土的初始坍落度迅速的下降，并且隨著替代率的增大，60min內(nèi)的坍落度也在增大。機制砂與天然砂相比，由于有石粉的存在，它在混凝土中以惰性微粉顆粒的形式存在，相當(dāng)于增大了混凝土中的膠凝材料。盡管這種膠凝材料不具有水花活性，但是在攪拌的過程中，可以在混凝土中起到滾珠的作用，從而一定程度上增加了混凝土的流動性，使混凝土的和易性得到改善。但同時，因為石粉是經(jīng)石灰?guī)r破碎破碎加工、篩分得到的，顆粒表面較粗糙而且有棱角，在顆粒內(nèi)部有許多微裂紋、空隙較大，因此如果當(dāng)石粉替代率比較大時，上述石粉的缺點就會暴露出來，同時過大的石粉替代率將會在很大程度上地增加單方混凝土中粉狀顆粒的含量，這些因素都會非常大地增加了混凝土中細集料的總比表面積，從而增加混凝土單位立方米所需用水量，導(dǎo)致混凝土的各項工作性能下降。第三章外加劑對機制砂混凝土性能的影響3.1外加劑作用機理與效果文獻[8]對現(xiàn)代建筑中一些常用的混凝土外加劑做了很詳細的介紹，下面來一一介紹。(1)減水劑：又稱塑化劑或分散劑。拌和混凝土?xí)r加入適量的減水劑可使水泥顆粒分散均勻，同時將水泥顆粒包裹的水分釋放出來，從而能明顯減少混凝土用水量。減水劑的作用是在保持混凝土配合比不變的情況下，改善其工作性，或在保持工作性不變的情況下減少用水量，提高混凝土強度或在保持強度不變時減少水泥用量，節(jié)約水泥，降低成本。同時，加入減水劑后混凝土更為均勻密實，改善一系列物理化學(xué)性能，如抗?jié)B性、抗凍性

、抗侵蝕性等，提高了混凝土的耐久性。

(2)緩凝劑：能延緩混凝土凝結(jié)硬化時間，便于施工，能使混凝土漿體水化速度減慢，延長水化放熱過程，有利于大體積混凝土溫度控制。緩凝劑會對混凝土l～3d早期強度有所降低，但對后期強度的正常發(fā)展并無影響。一般緩凝劑可使混凝土的初凝時間延長l～4h，但這對高溫情況下大倉面混凝土施工是不夠的。為了滿足高溫地區(qū)和高溫季節(jié)大體積混凝土施工需要，國家“八五”科技攻關(guān)項目研究出了高溫緩凝劑，這種緩凝劑能在氣溫為(35+2)℃、相對濕度為(60+5)％的條件下混凝土初凝時間為6～8h。

(3)早強劑：是指能加速混凝土早期強度發(fā)展的外加劑。主要作用機理是加速水泥水化速度，加速水化產(chǎn)物的早期結(jié)晶和沉淀。主要功能是縮短混凝土施工養(yǎng)護期，加快施工進度，提高模板的周轉(zhuǎn)率。主要適用于有早強要求的混凝土工程及低溫、負(fù)溫施工混凝土、有防凍要求的混凝土、預(yù)制構(gòu)件、蒸汽養(yǎng)護等等。

(4)引氣劑：是一種表面活性物質(zhì)，它能使混凝土在攪拌過程中從大氣中引入大量均勻封閉的小氣泡，使混凝土中含有一定量的空氣。好的引氣劑能引入混凝土中的氣泡達l0億個之多，孔徑多為0.05～0.2mm，一般為不連續(xù)的封閉球形，分布均勻，穩(wěn)定性好，這樣能顯著提高混凝土的抗凍性、耐久性同時還能改善混凝土和易性，特別是在人工骨料或天然砂顆粒較粗、級配較差以及在貧水泥混凝土中使用效果更好，改善混凝土的泌水和離析

，減少混凝土滲透性，提高混凝土抗侵蝕能力。

(5)速凝劑：是指能使混凝土迅速硬化的外加劑。一般初凝時間小于5min，終凝時間小于lOh，lh內(nèi)即產(chǎn)生強度，3天強度可達基準(zhǔn)混凝土3倍以上，但后期強度一般低于基準(zhǔn)混凝土。速凝劑主要用于噴射混凝土和緊急搶修工程、軍事工程、防洪堵水工程等，如礦井、隧道、引水涵洞、地下工程巖壁襯砌、邊坡和基坑支護等。

(6)防凍劑：指能使混凝土中水的冰點下降，保證混凝土在負(fù)溫下凝結(jié)硬化并產(chǎn)生足夠強度的外加劑。絕大部分防凍劑由防凍組分、早強組分、減水組分或引氣劑復(fù)合而成，主要適用于冬季負(fù)溫條件下的施工。值得說明的是，防凍組分本身并不一定能提高硬化混凝土抗凍性。

(7)膨脹劑：是指能使混凝土產(chǎn)生一定體積膨脹的外加劑摻入膨脹劑的目的是補償混凝土

自身收縮、干縮和溫度變形防止混凝土開裂，并提高混凝土的密實性和防水性能。目前建筑工程中膨脹劑的應(yīng)用越來越多，如地下室底板和側(cè)墻混凝土、鋼管混凝土、超長結(jié)構(gòu)混凝土、有防水要求的混凝土工程等等。

(8)加氣劑：是以化學(xué)反應(yīng)的方法引入大量封閉氣泡．用以調(diào)節(jié)混凝土的含氣量和表觀密度

，也可以用來生產(chǎn)輕混凝土。

(9)絮凝劑：主要用以提高混凝土的黏聚性和保水性

，使混凝土即使受到水的沖刷，水泥和集料也不離析分散。因此，這種混凝土又稱為抗沖刷混凝土或水下不分散混凝土，適用于水下施工。

(10)減縮劑：的主要作用機理是降低混凝土孔隙水的表面張力，從而減小毛細孔失水時產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。此外．減縮劑增強了水分子在凝膠體中的吸附作用，進一步減小混凝土的最終收縮值。

(11)養(yǎng)護劑：又稱混凝土養(yǎng)生液，其主要作用是涂敷于混凝土表面，形成一層致密的薄膜，使混凝土表面與空氣隔絕防止水分蒸發(fā)，使混凝土利用自身水分最大限度地完成水化的外加劑。

(12)阻銹劑：是指能抑制或減輕混凝土中鋼筋或其他預(yù)埋金屬銹蝕的外加劑。鋼筋或金屬預(yù)埋件的銹蝕與其表面保護膜的情況有關(guān)?；炷翂A度高，埋入的金屬表面形成鈍化膜，有效地抑制鋼筋銹蝕。若混凝土中存在氯化物會破壞鈍化膜，加速鋼筋銹蝕。加入適宜的阻銹劑可以有效地防止銹蝕的發(fā)生或減緩銹蝕的速度。

(13)泵送劑：能改善混凝土拌和物泵送性能的外加劑稱為泵送劑，所謂泵送性，是指混凝土拌和物具有能順利通過輸送管道、不阻塞、不離析、料塑性良好的性能。泵送劑是硫化劑中的一種

，它除了能大大提高拌和物流動性以外，還能在60～180min時間內(nèi)保持其流動性，剩余坍落度應(yīng)不小于原始的55％。此外，它不是緩凝劑，緩凝時間不宜超過120min(特殊情況除外)。

(14)脫模劑：是指用于減小混凝土與模板黏著力，易于使二者脫離而不損壞混凝土或摻入混凝土內(nèi)的外加劑。目前科技人員還研發(fā)出了復(fù)合外加劑，它是具有兩種以上主要功能的外加劑，如緩凝減水劑同時具有緩凝和減水功能引氣減水劑同時具有引氣和減水功能等。許多水電工程，特別是三峽工程，將兩種外加劑復(fù)合使用，如緩凝高效減水劑和引氣劑復(fù)合，同時具有高效減水、引氣、緩凝作用，取得了很好的效果，既滿足了大倉面澆筑混凝土緩凝的要求，又達到了減水和提高耐久性的目的。3.2外加劑機制砂混凝土與天然砂混凝土效果上的明顯區(qū)別在混凝土中加人外加劑后，由于品種不同，產(chǎn)生的作用也各異，多數(shù)是產(chǎn)生物理作用，例如吸附于水泥粒子表面形成吸附膜，改變了電位，產(chǎn)生不同的吸力或斥力;有的會破壞絮凝結(jié)構(gòu)，提高水泥擴散體系的穩(wěn)定性，改善水泥水化的條件：有的能形成大分子結(jié)構(gòu)，改變水泥粒子表面的吸附狀態(tài);有的會降低水的表面張力和表面能等：還有少數(shù)直接參與化學(xué)反應(yīng)，與水泥生成新的化合物。由于外加劑能有效地改善混凝土的性能，而且具有良好的經(jīng)濟效益.在許多國家都得到廣泛的應(yīng)用，成為混凝土中不可或缺的材料。尤其是高效能減少劑的使用.水泥粒子能得到充分的分散，用水量大大減少，水泥潛能得到充分發(fā)揮。致使水泥石較為致密，孔結(jié)構(gòu)和界面區(qū)微結(jié)構(gòu)得到很好的改善，從而使得混凝土的物理力學(xué)性能有了很大的提高，無論是不透水性，還是氯離子擴散、碳化、抗硫酸鹽侵蝕.以及抗沖、耐磨性能等各方面均優(yōu)于不摻外加劑的混凝土，不僅提高了強度，改善和易性.還可以提高混凝土的耐久性。只有摻用高效減水劑，配制高施工性、高強度、高耐久性的高性能混凝土才有可能實現(xiàn)。3.3外加劑在面對機制砂的時候所需改進目前外加劑在機制砂配制混凝土方面的應(yīng)用主要受到以下幾個方面的影響。包括水泥礦物成分的影響，水泥中堿含量的影響，水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的影響，水泥細度的影響，水泥的新鮮程度的影響，水泥溫度的影響和水泥調(diào)凝劑石膏形態(tài)的影響。又因為在機制砂中，存在著一定含量的石粉，所以對于傳送使用天然砂配制混凝土中所使用的外加劑對于機制砂肯定是行不通的。所以要把機制砂和水泥同時選擇，再根據(jù)他們的興致來配制最適合的外加劑，從而提高混凝土的各項性能。第四章機制砂混凝土配合比4.1機制砂混凝土配合比對混凝土性能的影響上表為全機制砂混凝土各項性能指標(biāo)，由表中可以看出，在不同的配合比，配置出來的混凝土的各項性能參數(shù)都是不相同的?？紤]到施工中砂子的級配是很不均勻的，而且投料順序，攪拌時間，混凝土盤內(nèi)變異系數(shù)等因素