辽宁鸿运实业有限公司 辽宁本溪 117000
摘要：随着城市化进程的加快，建筑行业也取得了较快发展，然而，在建筑数量不断增多的同时，天然砂却越来越紧张，当前天然砂已无法满足工程施工需要，而机制砂的出现不但能够确保混凝土的性能，同时也能大大降低工程施工成本。基于此，本文重点分析了机制砂的颗粒形态、石粉含量及MB值对混凝土性能的影响。
关键词：机制砂；混凝土；性能；影响
1.机制砂的定义
机制砂是一种通过机械破碎、筛分制作而成的粒径小于4.75毫米的岩石颗粒，但是软质岩及风化岩颗粒却不包含在内，这是由于软质岩及风化岩本身的抗压强度不足造成的。机制砂具有外观粗糙、孔多、棱角较多、含粉量相对较大等特点，这些特点都会对混凝土性能产生直接影响，加之机制砂颗粒的大小不一，所以极易导致混凝土的外观质量缺陷。为确保混凝土的施工质量，泵送混凝土时，需将机制砂与天然砂混合使用。与天然砂相比，机制砂属于可再生资源，其颗粒形状、级配、表面特性都存在着较大差异，其供应量相对较大，价格低廉，施工过程中使用机制砂可大大降低工程施工成本。机制砂与天然砂相比，最大区别在于天然砂的颗粒粒径圆润，这是由于天然砂经过长年累月的河水、雨水等冲刷而形成，而机制砂是经人工、机械破碎而成。
通常人们将颗粒粒径小于0.075mm的天然砂称之为泥，绝大多数泥浆都是粘土和云母的杂质，这些物质的存在不但会大大提升混凝土的实际用水量，聚羧酸类减水剂的使用量以及对外加剂的稳定性也是一种严峻的挑战，也会影响混凝土中水泥水化反应，影响水泥石与骨料间的粘结性，含泥量超标的天然砂也会导致混凝土流动性、和易性不良，严重影响混凝土的施工性能。总之，对于混凝土而言，“泥”百害而无一利！将机制砂中粒径小于0.075mm的颗粒定义为石粉，而所制造的机制砂中通常会夹杂石粉，当机制砂的粒径小于0.075mm时，若不对其进行处理的话，其石粉含量高达15%-25%，在石粉含量较高的情况下，会大大增加减水剂的使用量、混凝土的实际需水量，导致混凝土水灰比增大，坍落度降低，保坍性能及和易性变差，同时也会大大降低混凝土的经济性。当石粉的含量较低时，机制砂的孔隙率就会越高，这会大大降低胶凝材料的包裹性能，此时需增加水泥用量，为了能够有效控制机制砂的质量，则需通过试验来确定机制砂中石粉的含量。
2.机制砂对混凝土性能的影响
2.1机制砂颗粒形态对混凝土性能的影响
（1）机制砂是通过机械破碎、筛分、级配调整而形成，其外观粗糙、棱角多、不光滑。与天然砂相比，若要确保其与天然砂配置相同的情况下，则需加大用水量及减水剂的用量。采用不同制作方法所制作的机制砂的颗粒大小也会存在较大差异，通常而言，表面较光滑且针状物越少的颗粒所配置的混凝土的性能会越好，同时，要保证混凝土的良好性能，需合理控制机制砂内的石粉含量，以此来降低凝胶材料的用量。通过长期的混凝土生产试验发现，在同样的水胶比与同等和易性下，由于多菱角颗粒堆积后孔隙率相对较高，而使得机制砂与浆体的接触面增大，使其能够更好地粘结在一起，所以说多棱角颗粒不但会增加混凝土的抗压强度和抗弯强度，由于机制砂内含有适宜的石粉，石粉颗粒十分微小，可以起到微集料效应，使混凝土构件更加密实，同时也能大大提升混凝土的抗渗性能。
（2）与级配和颗粒形状相比，机制砂表面的纹理对混凝土性能的影响相对较小，但是在颗粒形态、级配相同的情况下，表面纹理不但会影响颗粒的堆积空隙率，同时也会影响混凝土的需水量及胶凝材料用量，若要拌和相同数量的混凝土，则需增加水和胶凝材料的用量。当机制砂的表面较光滑时，纹理凹凸的颗粒在粒径变小的情况下，堆积空隙率却会越大，在相同条件下，混凝土的性能却会变得更差。但在水胶比相同的情况下，要确保混凝土的良好性能，应选用表面纹理较为粗糙的机制砂，因为其可将浆体与砂紧密粘结为一体，这样则会大大提升混凝土的抗压、抗弯强度。尽管表面粗糙的机制砂能够很好的提升浆体与砂的粘结度，但同时也会增大堆积的空隙率，此时，需合理控制好机制砂级配，通过调整机械设备、人为干预，适当增大含粉量，靠石粉起到微小填充作用，使混凝土更加密实，提高混凝土的抗渗性能及耐久性。
（3）机制砂颗粒的级配会直接影响混凝土的性能及硬化强度和耐久性，混凝土经过水化硬化后而形成一种具有较强抗压、抗拉、抗渗性能的建筑复合材料。使用机制砂来制造混凝土，是因为机制砂与胶凝材料形成浆体来包裹骨料，可保证混凝土的流动性，浇筑后混凝土硬化则会形成水泥石；其次还可使用机制砂来填充骨料间的缝隙，在颗粒级配连续的情况下，堆积密度就会越大，而所需填充的浆体反而会越少，这样不但能够提高混凝土的流动性，同时也能提高其抗渗能力以及耐久性能，如果级配不连续，堆积密度则会下降，进而则会直接影响混凝土的强度及耐久性。
2.2机制砂中石粉的含量对混凝土性能的影响
天然砂是岩石风化、河水长期冲刷而形成的，在颗粒小于0.075mm的天然砂中含有泥粉、黏土以及云母等杂质，这些杂质的存在不仅会增加混凝土的需水量，同时也会影响水泥石的水化热以及水泥石与胶凝材料的粘结性，进而则会导致混凝土出现收缩开裂等问题。但是，机制砂中小于0.075mm的石粉为生产机制砂的过程中而产生的一种产物，其性质与母岩完全一致，所以，要区别对待天然砂与机制砂中的石粉。研究发现，石粉含量的多少对混凝土性能有着较大影响，与天然砂相比，石粉增加了混凝土的需水量，却降低了混凝土的和易性，增加了混凝土的粘稠度，此外，由于石粉含量的多少会影响混凝土的和易性，那么要确保混凝土质量，就需严格控制石粉的含量。某研究所的实验结果表明：在灰砂比较大，水灰比较小的情况下，增加石粉含量混凝土的粘稠度会下降；当灰砂比较小且水灰比较大时，则会大大改变砂浆的和易性。此外，某研究所针对机制砂中0.075mm以下的石粉对混凝土拌合物的影响进行研究发现，石粉颗粒细小，可使用石粉来补充混凝土中缺失的颗粒，增加砂浆粘度，提高混凝土拌合物的粘合度，从而有效降低混凝土的泌水和离析现象，同时当石粉、水泥、水结合形成柔软的浆体后，则会显著增加混凝土的浆体量，增加混凝土的和易性、密实度。综上，机制砂中的“石粉”不同于天然砂中的“泥”，合理运用机制砂中的石粉，可以起到事半功倍的效果。
2.3机制砂MB值对混凝土性能的影响
机制砂MB值（石粉亚甲蓝试验）是确定机制砂中的石粉是跟母岩成分一致还是泥土的一个重要国际指标。通过亚甲蓝试验来检测石粉中究竟是碎石破碎过程中形成的粉末还是泥土。亚甲蓝试验时，由于膨胀性粘土矿物具有极大的比表面积，很容易吸附亚甲蓝染料，而细集料中的非粘土性矿物质颗粒的比表面积相对要小得多，且并不吸收任何可见数量的染料，亚甲蓝值表示用染料的单分子层覆盖其试样粘土部分的总表面积所需的染料量。亚甲蓝值与粘土含量乘以粘土比表面的乘积成正比。因此，亚甲蓝试验可以定性的表征机制砂中含泥量的高低。
机制砂是使用机械将岩石破碎、筛分而形成的，在采集母岩的过程中，山体中的泥土肯定会混入至母岩中，所以机制砂中才会有泥粉存在，而泥粉的存在则会直接影响混凝土的性能。相同条件下，若增加泥粉含量，骨料的比表面积则会增大，这时原有浆体就不能完全包裹骨料，这将会影响水泥石与骨料的粘结度，进而则会影响混凝土的抗压、抗弯强度；其次，石粉中的粘土类矿物质具有很强的吸水性且体积不够稳定，进而导致混凝土拌和物变得干稠，而影响施工。研究发现：泥浆含量对不同强度等级的混凝土强度的影响是不同的，泥浆含量对强度较低的混凝土的影响较小，而对强度较高的混凝土的影响却比较大，当粘土含量增加时，C30混凝土的抗压强度并没有明显变化，而C60混凝土的抗压强度却下降了16%，同时，随着机制砂中泥粉含量的增加，混凝土的抗渗性能却越来越差而其干缩值却随之增大。研究还表明，在泥粉含量低于3％时，混凝土的收缩值随着泥粉含量的增加而缓慢增加，但当泥粉含量高于3%时，混凝土的收缩值则会随着泥粉含量的增加而迅速增长。最后，相关研究人员还进一步统计了亚甲蓝值与抗压强度的关系，统计发现，当亚甲蓝值增大时，则会大大降低混凝土的抗压强度。
机制砂石粉中含泥量过高的话，对混凝土是有害的，不仅影响混凝土的工作性，而且还影响混凝土的强度及耐久性，应严格限制其含量。控制机制砂中含泥量方法大多采用水洗，但在机制砂的生产过程中宜把除土处理放在原料加工前进行，例如直接采用水洗后的碎石加工机制砂，加工后尽量保留和利用机制砂的石粉。恰恰这一步最关键，本溪地区很多机制砂企业不了解其中精髓，大多数采用后洗法，不仅洗掉了机制砂中的泥，也洗掉了机制砂中很宝贵的细小颗粒及有价值的石粉。
我们公司是辽宁省沈阳地区第一家引进机制砂生产线的企业，从2012年至今，就机制砂实际应用（商品混凝土、预拌砂浆、石膏砂浆等）及机制砂级配调整、含粉量控制方面积累了丰富的实战经验与大量的试验数据。
机制砂筛分析试验数据如下：
表1：机械设备最早期运转时机制砂的颗粒形态
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表2：机械设备末期运转时机制砂的颗粒形态
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由于机制砂是通过机械设备生产出来的，所以颗粒级配、含粉量等指标是可以调节、可控的，在保证机制砂母岩原材料稳定的前提下，只需要保证机械设备稳定运行，就可以得到持续稳定的机制砂供应，这是天然砂所不具有的。随着国内建设需求的增多，天然砂资源需求量持续加大并日趋枯竭，对生态环境造成严重的破坏，不利于生态环境的可持续发展。俗话说：绿水青山，就是金山银山，保护生态环境，就是为子孙后代造福。随着天然砂逐渐禁止开采，与此同时对建筑用砂的要求却越来越高，机制砂的优势就越发明显，得机制砂者得天下！通过表1、表2两种试验数据可以看出，机制砂的颗粒形态是在一定区间稳定变化的，只要掌握了机械制砂的变化规律，就可以很好的在混凝土生产中运用机制砂技术，将机制砂的优势发挥至最大。
结束语
辽宁省本溪市，也叫山城本溪，也是一座钢铁之城，是以钢铁、化学工业为主的综合性工业城市，城市不仅石灰石矿山资源丰富，地下铁矿资源更加丰富，城市周边铁矿众多，矿山开采导致大量尾矿渣无处排放，造成资源严重浪费，这些先决条件为本溪地区机制砂的发展创造了得天独厚的优势。尾矿母岩，典型含铁石英岩，属于火成岩范畴，抗压强度远远高于石灰岩，是生产高标号混凝土理想的粗、细骨料。
在建筑行业快速发展的今天，天然砂的数量及质量均已无法满足混凝土的用砂要求，而使用机械破碎、筛分而成的机制砂，却能够很好地满足混凝土施工要求。施工期间只要严格按照施工要求控制机制砂用量，控制好级配、石粉含量等各项指标，就能确保混凝土的性能，此外，利用矿山开采产生的尾矿制造机制砂，不但能够让资源得到再次利用，而且使用其所制造的机制砂也能满足市场需求，所以，这就要求我们技术人员要高度重视机制砂的开发、利用问题，以确保其能够在建筑行业的发展中发挥更大作用。
以上内容是本人根据理论知识并结合实际工作经验，简要分析机制砂在混凝土中的应用及对混凝土性能的影响，希望与大家分享学习。随着混凝土技术的迅速发展，现代混凝土对砂的质量要求则越来越高，特别是高性能混凝土对骨料的要求很严。如果骨料品质低劣与离散性大的现状得不到改善，高性能混凝土就不可能实施。因此，砂、石质量不容忽视。从混凝土发展趋势分析，提高其耐久性是解决能源和环保问题的根本出路，而如何更好地解决混凝土耐久性问题，砂石质量控制与配合比设计是研究的关键。机制砂在混凝土中的应用是发展绿色混凝土的重要途径之一。
参考文献：
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【作者简介】王强（1987-），男，毕业于辽宁科技学院资源与建筑工程系，土木工程专业。
【通讯地址】辽宁省本溪市明山区高台子镇 辽宁鸿运实业有限公司（117000）