浅谈机制砂特性与配合比设计

0引言

据统计2013年全年水泥产量为24.1亿t，同比增长2.26亿t，2013年前十个月全国商品混凝土累计消耗量达到9.17亿m³，同比增长21.5%，超出2012年全年商品混凝土消耗量。随着我国基础建设的迅猛发展，混凝土使用量急剧增加，随着资源的不断开采，混凝土主要组成的细集料河砂资供应受到了极大的考验，不少地区河砂资源几近枯竭，颗粒级配不合理、含泥量过多等问题严重影响了河砂品质。随着环境保护意识的加强，对河砂开采监管力度的增大，河砂资源供应矛盾越加突出，很多河砂资源匮乏的山区工程不得不减缓工程进度。面对河砂资源供应紧缺的现状，寻找新砂源，利用机制砂代替河砂，缓解供求矛盾已势在必行。

1机制砂物理特性

现在很多机制砂生产线为了获得理想的粒形而采用整形机，虽在一定程度上改善了粒形，但机械破碎带来的特性依然存在。

机制砂粒形多呈三角体或方矩体，表面粗糙，颗粒尖锐有棱角，多为中粗砂，细度模数偏大，其中＞2.36mm和＜0.15mm的颗粒偏多，中间颗粒偏少，级配不良；选取机制砂、河砂各500g，进行筛分，分计筛余见图1。

由图1可以看出机制砂与河砂的级配分布存在很大的差异，机制砂是典型的“两头多中间少”级配分布，同时机制砂颗粒形状也不规则，相比于天然河砂具有光滑的颗粒表面和近乎圆形的粒形，具有立方体和棱角状型的机制砂颗粒相互咬合，流动阻力大，则会增加混凝土的用水量。同时，机制砂存在一部分粒径小于75μm的石粉，石粉是河砂与机制砂最本质区别，石粉与被加工母岩的矿物组成及化学成分完全相同。石粉对新拌混凝土的工作性和硬化混凝土的物理力学性能及耐久性均有重要影响，石粉在混凝土中的作用机理可见图2。

石粉的级配效应、润滑效应、填充效应、晶核效应及水化增强效应使得石粉在配制中、低强度混凝土时，补充粉体材料，弥补水泥用量少、机制砂混凝土和易性差的缺陷，减少拌和物的泌水；完善级配，减小颗粒间的空隙，增加了拌合物中的浆体含量，弥补了机制砂棱角性和表面粗糙的缺点，改善拌和物和易性。

石粉的比表面积效应、重力效应使得其增加了固体物的总体比表面积，增加了对用水量的需求。同时由于机制砂较大的表观密度，会增加混凝土拌和物在搬运和捣实过程中的离析倾向，加剧混凝土泌水和塑性沉降收缩，影响混凝土表面的耐久性。

2机制砂混凝土配合比设计

机制砂混凝土配合比应根据设计要求、使用部位及施工中的输送方式、振捣方式、浇筑等因素，合理拟定配制机制砂混凝土的技术要求，并根据这些确定机制砂的生产质量控制要求；选定水泥品种及等级、碎石的最大粒径、外加剂品种与技术要求；确定是否掺矿物掺料，机制砂混凝土配合比设计程序可见图3。

3优选机制砂混凝土集料体系

混凝土是由如图4所示各组分按照一定比例配合而成，其中粗细集料虽然没有活性，但构成了混凝土的主要骨架，通常占混凝土总体积的60%以上，其性能及用量对混凝土的性能影响显著，随着混凝土强度等级的提高，集料的作用日益显著。

当水泥用量继续增加对混凝土强度的提高无明显作用，特别是出于耐久性考虑而必须控制水泥用量时，集料的级配、粒径、粒形、表面状况等上升为混凝土强度提升的主要因素。另外，级配不良的集料体系配制出的混凝土必将分崩离析，导致混凝土无法正常施工。用机制砂配制混凝土，级配效应对机制砂混凝土性能的影响更为敏感。选择一个适宜的集料级配表征方法亦是混凝土配制技术的关键环节。混凝土集料级配图见图5。

其中：D—筛孔孔径；n—级配参数(通常情况下n的取值范围为[0.3,0.7]，当n=0.5时，即为富勒曲线，日本认为n=0.35～0.45，美国将n=0.45作为制定标准级配的依据)，图5中给出了n值分别等于0.3、0.5、0.6的三种曲线计算值。根据Dinger-Funk本构方程，确定一个恰当的n值对优选集料级配起决定性作用，通过实验确定合理的n值用于指导集料级配的调整时需要研究的工作。

4优化机制砂混凝土砂率

在机制砂混凝土中，由于机制砂表面粗糙，棱角多，且石粉含量普遍较高，从而导致机制砂混凝土和易性较易出现极端情况。砂率稍小，就容易出现离析泌水现象；砂率偏大时则表现为粘性过大，流动性显著降低，砂率的选取对于机制砂混凝土的工作性显得尤为重要。

5总结

在工程建设中，机制砂应用逐渐增多，但仍有部分工程处于怀疑观望状态。其一，正确认识机制砂特）性，优选破碎机械，控制合理的石粉含量，制取性能良好的机制砂尤为重要。其二，根据相关工程施工需要，优化配合比设计，优选合理级配，调整砂率，获得性能稳定的机制砂混凝土。最后，机制砂混凝土施工过程中，根据其特性，适当地增加搅拌时间，减少振捣时间，以保证其耐久性、稳定性。