机制砂配制混凝土的若干问题探讨.pdf

文章 编 号： 1 0 0 7 0 4 6 X( 2 0 1 4 ) 0 卜0 0 2 3 0 4 ： 圃废剃用j 机制砂配制混凝土的若干问题探讨 P r o b e i n t o S e v e r a l I s s u e s o n P r e p a r a t i o n o f Ma c h i n e - Ma d e S a n d C o n c r e t e 王卫东1 。张营2 ，王雨利s ( 1 江苏南瓷绝缘子有限公司，江苏 镇江 2 1 2 4 0 5 ；2 江苏三星科技有限公司，江苏 镇江 2 1 2 4 0 5 ； 3 河南理工大学材料学院，河南 焦作 4 5 4 0 0 0 ) 摘 要： 随着河砂资源的 日益短缺 ，采用机制砂代替河砂配制混凝土势在必行。对机制砂混凝土的配制参数、工作 性 ，力学性能、干缩性能、抗渗性等若干问题进行 了探讨。最后指 出：使用机制砂替代河沙来生产混凝土 是 完全可行 的 。 关键词 ：机制砂 ；石粉 ；混凝土 中 图 分 类 号 ：T U5 2 1 文 献标 志码 ：A 0 前 言 天然砂是岩石经千百万年自然风化搬运沉积而成，包 括河砂、山砂、淡化海砂，分布不均，质量差异大，是不 可再生的资源 。随着当前建筑业的飞速发展和对环境保 护的日益重视，以河砂为主的天然砂越来越无法满足日益 增长的需求。2 0 0 2 年国家又出台了禁采或限采天然砂的法 规，使得工程用砂供需矛盾日益突出，导致砂的价格越 来越高，极大地制约了工程建设的持续发展。因此，使用 机制砂代替河砂配制混凝土已是今后发展的趋势。 机制砂的推广和应用虽然在我国已经有几十年的历史， 尽管国家相关标准允许在河砂难得的情况下可以采用机制 砂配制混凝土，并对用于各等级混凝土的机制砂作了严格 的限制，尤其是对石粉含量。然而，工程上对能否采用机 制砂配制混凝土仍心存疑虑。为此，本文对机制砂混凝土 的若干问题进行了探讨。 1 机制砂特性 2 0 0 2年 2月 1日起实施的国标 G B T 1 4 6 8 4 -2 0 0 1 建筑用砂【2 】中，对机制砂作Ti n 下定义：机制砂是由 机械破碎、筛分制成的，粒径 1 3 5 0 k g m 、空隙率 7 5 m的 颗粒，又破坏了机制砂的自然级配。同时，机制砂中适量 的石粉对混凝土是有利的，有适量石粉的存在，弥补了机 制砂配制混凝土和易性差的缺陷 9 】 。同时，它的掺入对完 善混凝土细集料的级配、提高混凝土密实性都是有益处， 进而起到提高混凝土综合性能的作用 1 O - 1 1 】 。 2 4 CoAL ASH 1 201 4 2 2 级配与细度模数 机制砂富有棱角，同样细度模数下的颗粒级配劣于天 然砂，通过降低细度模数可以改善其级配，而且达到中砂 范畴的机制砂的级配接近级配2区的要求。所以，配制混 凝土时机制砂宜选用专门机组生产的质地均匀坚硬、级配 合理的中、粗砂， 其细度模数宜在 2 6 3 1 之间且级配连 续；机制砂宜使用 级及以上级别的机制砂，压碎指标 2 5 【 1 2 - t 5 。 2 3 砂 率 机制砂混凝土的砂率不宜按天然砂混凝土砂率的取值 方法直接选取，而应根据机制砂自身细度模数、颗粒级配、 石粉含量，并按所选水胶比及碎石最大粒径来确定。机制 砂混凝土的砂率一般较天然砂混凝土高 3 6 ，试验时 宜按 “ 五点法”进行砂率优选，即在砂率 3 5 4 3 范围 内每间隔2 选取一个砂率进行混凝土拌和物和易性试验， 以混凝土的和易性达到最佳为合理砂率。机制砂细度模数 越小、级配越好、石粉含量越大，合理砂率越 J , 7 , 1 5 1 。在 保证混凝土的强度、工作性和耐久性都满足要求的前提下， 应尽可能选取较小的砂率，以保证配合比的经济性。 3 机制砂混凝土性能 3 1 工作性 对于机制砂混凝土应采用强制式搅拌机搅拌， 拌和时 间比常规适当延长 3 0 6 0 S ，借以改善机制砂混凝土的 和易性，提高保水性和黏聚性。机制砂混凝土比天然砂混 凝土易于液化，因此应减小振捣时间，避免过振，以克服 机制砂混凝土的泌水现象，防止出现蜂窝、麻面及表面形 成疏松层。一般振捣成型时间应比天然砂混凝土缩短 1 5 3 0 s ，以混凝土表面泛浆、气泡不再上升为宜c l 4 】 。 祁峰等人l l 6 】认为随石粉含量的增加 ，拌和物的和易性 得到改善。杨记芳 1 认为机制砂中的石粉含量增加了拌 合物中固体颗粒的比表面积，增加了拌合物的黏聚性和保 水性，减弱了离析泌水， 从而使混凝土易于成型振捣。李 凤兰等人_ l 8 】 认为石粉含量在 5 一1 3 范围内时，混凝土 拌合物具有综合良好的工作性，易于振捣成型。 机制砂中石粉的存在对混凝土的工作性有两方面的影 响，一方面，适量的石粉能改善混凝土的和易性，石粉的 存在弥补了机制砂表面粗糙的缺点，有利于减少机制砂与 碎石之间的摩擦，因而有利于改善拌合物的坍落度；另一 方面，石粉的存在也使混凝土的总比表面增加，从而增加 集料对自由水的吸附，这在石粉含量较高时表现较明显 1 9 】 。 3 2 力学性能 李美丽【 2 0 】用 2 0 、4 0 的机制砂代替部分河砂配制 混凝土，发现其抗压强度、 劈裂抗拉强度和断裂能均比河 砂混凝土的要高。P r a k a s h 等 2 1 】 等人用含有石粉的机制砂分 别制作了长 l 3 5 0 m m、宽 1 2 0 m m、高 1 5 0 m m的素混凝 土梁和钢筋混凝土梁，并与河砂混凝土梁作对比。结果表 明：在素混凝土中，机制砂混凝土梁比河砂混凝土梁抗压 强度高 1 7 、 抗折强度高 2 0 、劈裂抗拉强度高 7 ；在 钢筋混凝土中，机制砂混凝土梁的屈服强度与河砂混凝土 梁相差不大。 柯国炬等人【8 认为同等水灰比和水泥用量下，机制砂 混凝土的强度和耐磨性明显好于河砂。机制砂混凝土的抗 压强度在石粉含量 1 0 时达到最大值，之后随石粉含量增 大缓慢降低；抗折强度逐步增大，石粉掺量 1 0 时增 量趋小。A h m e d 等【2 2 】 在固定坍落度时研究了石粉含量介于 1 0 2 0 的机制砂对混凝土抗压强度的影响，发现随着石 粉含量的增加，混凝土的抗压强度呈线性下降，这是由于 为了获得相同坍落度需水量增加的趋势。水灰比为0 5 3 时， 抗压强度对石粉含量的变化不敏感；对于以0 4 0 水灰比配 制的混凝土，石粉含量 1 0 时强度上升到最高，之后强度 随着石粉含量增加而降低；石粉含量2 0 时降到与天然砂 混凝土相同。 段瑞斌等人f2 3 】认为机制砂混凝土的强度发展，随混凝 土龄期的增长呈持续增长的趋势，并且高于同龄期的天然 中砂混凝土。杨记芳i 研究表明，机制砂混凝土的抗压试 验强度完全满足设计强度要求，在相同条件下，采用机制 砂配制的混凝土强度值普遍高于天然砂混凝土的强度值。 李北星等人2 4 】认为混凝土抗压强度与机制砂的粗糙度 正相关，粗糙度越大，抗压强度越高；混凝土抗折强度与 机制砂的压碎值负相关，压碎值越小，抗折强度越大。混 凝土抗压强度与机制砂压碎值、混凝土耐磨性与机制砂中 S i O ， 含量之间没有明显的相关性。粗糙度越大、压碎值 越小的机制砂混凝土耐磨性越好。在压碎值 1 7 - 3 的情 况下，完全可用石灰岩机制砂配制路面混凝土，不论是抗 折强度，还是耐磨性均优于河砂混凝土。 由于机制砂表面粗糙，棱角尖锐， 形体呈不规则， 所 以机制砂较河砂更具有握裹力，而机制砂中的石粉又起到 微集料效应，填充了混凝土中孔隙，这样混凝土就更加密 实，强度也就更高 同时机制砂的新鲜界面，有利于强化 水泥石同细集料的粘结效应；机制砂棱角分明，能更好地 发挥嵌固作用，利于强度的发展，故混凝土抗压强度、抗 折强度有所提高 2 5 】 。 3 3 收缩变形性能 祁峰等人I 1 6 】认为机制砂混凝土在 1 d 、3 d 早龄期的干 缩值，随石粉含量的增大而增大，7 d 及7 d 以上龄期的干 缩值随石粉含量的增大而呈减小趋势。当石粉含量 1 0 时，机制砂混凝土 7 d的干缩率达到 2 8 d时的 5 7 6 8 ，比河砂高出 8 1 9 。段瑞斌等人 2 3 】 通过测定 机制砂混凝土和河砂混凝土在 9 0 d龄期的自由收缩， 结果 表明，全机砂混凝土的收缩变形性能与天然中砂混凝土相 当。 李兴贵 2 6 】 的研究结果显示，石粉含量在 1 2 以下时 ( 这里指粒径1 2 时，干缩率显著增大， 且高石粉机制砂混凝土早期干缩 常规机制砂混凝土， 并认为主要是由于F 3 0 0 、抗渗等 级 W1 5 ，其力学性能满足设计要求的拱坝混凝土。 因此，机制砂中的石粉可使混凝土具有很好的黏聚性 和保水性，改善了离析泌水现象，有利于水泥石结构和界 面的粘结，阻断了可能形成的渗透通路，使混凝土的抗渗 性得到改善。 4 结 论 机制砂具有表面粗糙、多棱角、颗粒形状不规则，一 般含有 1 0 1 5 石粉 ( 粒径 7 5 m的岩石颗粒 ) 等 特点。由于具有不同于天然砂的特点，所以用机制砂配 制混凝土也与天然砂不同。配制混凝土时机制砂宜选用中 砂，级配接近级配2 区的要求，细度模数宜在 2 6 3 1 之 间；宜使用二级及以上级别的机制砂，压碎指标2 5 ； 机制砂混凝土的砂率一般较天然砂混凝土高 3 一 6 ，即 在砂率 3 5 一 4 3 ；石粉含量宜在 5 1 3 范围内。配 制的机制砂混凝土的工作性、力学性能、收缩变形性能、 抗渗性等与河砂混凝土相差不大，甚至有的优于河砂混凝 土。因此，使用机制砂替代河砂来生产混凝土是完全可行 的。 参考文献 【 l 】赵晋萍，李新建， 赵德光 人工砂开发的研究 科技情报开发与 经济 ，2 0 1 0 ，2 0 ( 6 ) ：1 3 3 1 3 6 【 2 】 G B l 4 6 8 4 2 0 0 1 建筑用砂【 S 1 北京 ：中国建筑工业出版社 ，2 0 0 1 3 】唐鹏程，余崇俊，张胜，等 机制砂石粉含量对混凝土性能的影响 及其合理限值研究【 J 】 民营科技，2 0 0 9 ( 1 0 ) ：2 1 8 - 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