陈桥 高腾飞 宋田
中国建筑第八工程局有限公司 上海 200000
摘要：作为短期内不可再生资源的地方性材料，天然砂不适合长距离运输。现阶段，天然砂在国家政策对环境保护力度的日益增强下供不应求、资源短缺的现象愈来愈严重，价格也越来越高，甚至经常存在无天然砂可用的局面，对工程建设发展造成了严重的影响。机制砂质量较为稳定、成本低廉、取材方便、资源较为丰富，属于建筑建设中一项很好的建设材料。基于此，本文将针对水泥混凝土中机制砂的应用予以更深层次地探讨，以期能为相关业界人士提供一些有价值的参考。
关键词：机制砂；水泥混凝土；应用
前言：随着国家各种基础设施建设的迅速发展，水泥混凝土用砂量日益增加。大量河道的过量开采，天然砂资源接近枯竭，且给河道带来一定的安全隐患，河道采砂已经不能满足建设发展的需要，所以，亟需寻找新的混凝土用砂资源，并且在解决建筑用砂短缺问题中，开发使用机制砂已成为最有效的手段之一。
1机制砂概述
第一，机制砂主要经过机械对碎石进行破碎并进行筛分除尘而成，连续级配的岩石颗粒粒径大约在4.75毫米以下，其中75um 以下颗粒划入石粉范围。机制砂的物理特性受机械破碎过程变化与岩石类型的影响，表面特征、石粉含量、粒型以及级配等变化极为明显，所以会对混凝土性能造成直接影响。第二，对于机制砂单粒级颗粒的母岩强度、泥块含量、含泥量以及最大压碎值方面，我国《建筑用砂》标准中有明确技术要求，要求石粉含量在机制砂中要大于7%。在工程施工过程中，为了保证水泥混凝土表面砂浆耐磨性能与弯拉强度，可以采用2至3.5细度模数的细砂、中粗砂以及中砂。机制砂的质量受机械设备、加工工艺以及母岩物理性能等因素的直接影响。第三，机制砂配制混凝土不能用石屑直接代替。因为机制砂与石屑有相似的外观，所以一些施工人员认为可以用石屑代替机制砂，这是完全行不通的。在碎石生产中，石屑属于筛分4.75毫米后最后一档石料。结合现阶段矿石加工工艺与设备而言，与机制砂相比，石屑的粒型、针片状、石粉含量、含泥量以及级配等技术超标较为严重，所以为了保证工程的顺利开展及施工质量，就必须严格分类使用机制砂与石屑。
2水泥混凝土性能受机制砂影响的主要技术指标
2.1混凝土拌合物受级配状况与粗细程度带来的影响
纵观大小颗粒砂的搭配情况而言，其中小于0.15毫米和2.36毫米的机制砂较多，而0.15毫米与0.3毫米的颗粒则较少，对于混凝土的和易性而言，级配的不合理有较大影响，会导致混凝土出现离析、泌水等情况，进而降低混凝土质量。现阶段，机制砂多数为中粗砂，细度模数太大，通常在2.5至3.4范围内，并且其中有太多粗颗粒，级配不合理，小于0.3毫米的颗粒较小，混凝土和易性较差。同时，小于0.075毫米的石粉太多，细度模数太小，混凝土用水量必然会增加，这时就会导致收缩加大，强度降低。可见，细度模数变化会直接影响机制砂中石粉含量的变化，若细度模数大，石粉含量就会降低；而细度模数小石粉含量就越高。
2.2石粉含量对混凝土拌合物的影响
在实际生产过程中，机制砂会产生大量小于0.075毫米颗粒的石粉，但是它完全不同于天然砂中小于0.75毫米的颗粒性，一般来说泥粉就是小于0.075毫米颗粒的天然砂，泥粉对混凝土耐久性、体积稳定性以及混凝土工作性有直接影响，只有在合适的范围内控制机制砂中的石粉，才能确保混凝土的耐久性、体积稳定性以及其工作性。在试验室内通过试验对各个强度等级混凝土配合比的配制情况来看，混凝土拌合物的流动性在石粉含量在4%至9%范围内会随着石粉含量的增加而增大，可以明显提升其保水性与粘聚性，混凝土的强度变化不明显。当混凝土拌合物中的石粉含量超过10%时会减少流动性，虽然提升了其保水性与粘聚性，但其强度下降较为明显。也就是说，随着石粉含量的增大，在混凝土石粉含量超过一定范围后，水泥石粉浆体能增加混合料的集料与稠度的比表面积，不再起到降低集料摩擦的作用，有效降低了水泥浆液包裹集料的能力与坍落度,逐渐降低强度。
可见，机制砂混凝土拌合物的固有特性可以通过这一规律充分反映出来。
2.3机制砂颗粒形状对混凝土性能的影响
尽管机制砂棱角多、颗粒形状差，但可以促进水泥与集料间的粘结，但却不利于混凝土和易性与集料压碎指标，尤其是强度等级低的混凝土，会造成其泌水率加大，在配制混凝土过程中，若采用棱角多且颗粒形状差的机制砂，就需要在增大混凝土拌合物的过程中，提升胶凝材料用量，这样才能为混凝土的工作性提供保障。胶凝材料的增加与水量的加大，必然会造成混凝土硬化后的耐久性、裂缝以及收缩等现象。因为各地生产加工机制砂的工艺与设备存在一定差异，生产出的机制砂级配和粒型也不一样，同时混凝土性能与机制砂颗粒形状密切相关，所以必须为了保证混凝土性能、降低压碎值以及降低针片状含量，就必须重视对机制砂加工工艺及设备的优化。
3机制砂的质量控制标准
母岩破碎产生的石粉就是机制砂中的主要粉料，其中粘土掺杂泥粉的含量会在一定程度上影响混凝土收缩性与需水量，机制砂中的泥块与泥粉含量可通过MB值反映出来，其中对于混凝土质量影响较大的就是泥块，需要相关人员严格控制泥块含量。应科学制定反应粉料含量的0.075毫米筛通过率，若出现过低情况，就会增加除粉难度，难以达到提升混凝土品质的效果。所以，为了实现对机制砂的科学运用，就必须合理制定粉料限值。众所周知，在美国机制砂的石粉含量限制在7%或5%，在日本则在9%，但我国大多数粉料含量通过参观混凝土拌合站时得知远远超过限值。在MB值较小的机制砂中，通过大量实践与试验证实，可以适当提升石粉含量，不会影响混凝土耐久性、强度以及工作性。
针对PQI指数对机制砂质量的综合评价机制，以在我国部分省份实施，该指标在评价机制砂MB值与粉料含量中机制砂的性能时，针对MB较低的机制砂，可以采用对粉料含量适当增加的方法，来进一步改进低强度混凝土的工作性。也可以采用剥离粘土成分的方式，使MB值得到降低，进而将机制砂中粉料的效用最大程度发挥出来。本指数既能实现机制砂的科学运用，还可以保证混凝土质量。
4机制砂的使用
通过河砂与机制砂的混合使用，能在一定程度上实现对砂级配与砂棱角性等性能的改变；一些工程在实际中混合使用机制砂与物细砂时，取得了较为满意的效果，有效改善了混凝土工作性能，并解决了机制砂中缺少的细砂情况。一些研究人员在改善机制砂级配时，经过不断实践与调查证实，在此过程中，运用尾矿和其他稳定的工业固体废弃物有明显的改善作用，并且对于转变混凝土离析和泌水情况也极为有利。
结论：
综上所述，在对机制砂MB值控制过程中，为了改善混凝土工作性，可以适当提升机制砂的石粉含量，这对于混凝土耐久性、耐磨性以及强度是非常有利的。当采用水洗法除尘设备生产机制砂时，可以回收部分细砂颗粒与机制砂均匀掺配，改善机制砂的级配，也可以与特细河砂复合后形成混合砂，弥补机制砂中细砂颗粒的不足，改善混凝土的工作性。
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