赵奇飞
中铁六局集团有限公司长沙路桥分公司
摘要：当今的建材市场河砂资源越来越匮乏，价格越来越高，机制砂作为替代材料，逐步进入市场被使用。从部分取代河砂到全部取代河砂，机制砂的用量越来越大，机制砂和河砂有着不一样的物理性质，在混凝土中起到的作用也有所不同，石粉含量高，级配不合理等情况对混凝土拌合物的和易性影响较大。本文通过从机制砂石粉含量，砂率等方面对混凝土影响进行试验，总结机制砂对混凝土的影响规律，为机制砂的使用提供一种参考性建议。
关键词：机制砂；石粉含量；和易性
随着我国基础建设的发展，建筑行业有着广阔的市场，作为建筑市场主要的建筑材料，混凝土的用量日益剧增，2019年全国商品混凝土年产量高达25.5万亿立方米。砂作为细集料，占混凝土材料的三分之一，随着天然砂的开采量越来越大，严重影响着河道等生态环境。天然砂的使用时间很长，具有丰富的工程经验，相关的国家及行业标准非常齐全，但是河砂是一种不可再生资源，同时受到地域的限制，运输成本较高。随着国家政策的转变，限制天然砂的开采，导致天然砂紧缺，价格上涨，混凝土成本增加。机制砂来源广泛，成本较低，得到了大力推广使用。机制砂是通过各种岩石材料破碎，筛分生产出来的的，粒径小于4.75mm，其中不含质软和风化的颗粒，俗称人工砂。机制砂因制作工艺存在颗粒形状不圆润，棱角较多，级配不合理，“两头多中间少”，石粉含量较高等特点，与天然河砂相比，对混凝土拌合物的和易性影响较大。本文通过对掺入机制砂的强度等级为C30的混凝土进行研究，包括工作性和抗压强度，找出机制砂对混凝土影响的规律，为机制砂在使用过程中提供理论依据。
一、原材料及试验方法
（一）原材料：水泥为42.5普通硅酸盐水泥，3d抗压强度29.5MPa，28d抗压强度52.4MPa。粉煤灰为二级粉煤灰，细度为20.1%，需水量比为101%，烧失量为3%，28天活性指数为80%。矿粉为S95矿粉，7天活性指数为82%，28天活性指数为103%。聚羧酸减水剂为减水率19%，固含量为11%。碎石为5~20mm连续级配，压碎值为7.5%。天然砂为河砂，细度2.3，含泥量2.0%。机制砂细度为3.2，MB值合格，最大粒径压碎值为16%。
（二）试验方法：通过按照对3%，6%和9%石粉含量，40%，42%和44%三种砂率进行C30混凝土配合比设计，通过试验数据进行分析，研究石粉含量和砂率对混凝土拌合物影响规律。配合比如表1所示：
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注：J0为河砂，J1~J6为机制砂，其中J1~J3砂率分别为40%，42%和44%,J4~J6石粉含量分别为3%，6%和9%。
二、试验结果与分析
（一）机制砂砂率对混凝土性能的影响
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通过试验数据可以看出，机制砂对混凝土坍落度有影响，同样砂率的情况下，使用河砂配置的混凝土坍落度较大，1小时后坍落度损失小，使用机制砂的混凝土坍落度较小，并且1小时后坍落度损失较大，同时为了达到同样的坍落度，需要提高机制砂砂率。还可以看出使用机制砂的混凝土比使用河砂的混凝土强度高。由于机制砂形状多棱角，同时1.18~4.75mm和0.6mm以下粒径颗粒较多，而0.6~1.18mm粒径颗粒较少，造成细集料级配不合理。砂子颗粒棱角较多，表面粗糙，造成表面积增大，比河砂需要更多的水泥浆体来包裹机制砂。同时机制砂吸水率较低，也就是保水率较低，造成混凝土保水性较差，容易出现离析泌水的现象。混凝土是有浆体和骨料共同组成，浆体和砂组成砂浆，砂浆和石子组成混凝土，只有砂浆的和易性好了，混凝土的和易性才会好，砂浆的保水性能够保证混凝土不出现泌水离析，砂浆的粘聚性较好能够很好的和石子结合，成为强度较高的混凝土整体。由于砂子的级配不合理，粒型较差，造成机制砂混凝土和易性较差，出现坍损和泌水现象。但是由于机制砂本身强度高，配制的混凝土抗压强度比和砂高。
（二）机制砂石粉含量对混凝土的性能影响
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通过试验数据可以看出，石粉含量的多少对混凝土和易性和坍落度损失有很大的影响。石粉较少的机制砂，在本来级配不合理的情况下，石粉含量较少，造成粗颗粒占比更大，细颗粒占比更小，形成的砂浆保水性差，流动性差，造成混凝土和易性较差，可以看到石粉含量增加后，拌合物的工作性有所提高，保水性较好，流动性也较好，到时石粉含量继续增加，混凝土和易性又开始变差，说明机制砂中的石粉对拌合物的性能提高是有帮助的，但是石粉含量需要控制在一定的范围内，同时对坍落度的损失也有所改善。原因是因为石粉含量的增加，提高了浆体的粘聚性，粘聚性较小时，混凝土整体的状态发散，不成一体，随着粘聚性的增加，混凝土状态逐渐变好，在合适的粘聚性下，混凝土的和易性达到施工要求，但是随着粘聚性继续增加，混凝土出现发粘的状态，流动性减小，施工性变差，同时坍落度损失也变大，所以石粉含量一定要控制在合理范围内。从抗压强度数据来看，石粉含量的增加对强度也有所提高，由于石粉为惰性混合料，不参与水化反应，但是石粉颗粒较细，能够填充混凝土中存在的孔隙，密实了内部结构，从而提高了混凝土的抗压强度。但是石粉含量过高，也存在导致混凝土粘聚性增加，流动性降低的情况，为了改善混凝土和易性，增加用水量，提高了水胶比，最后导致强度降低。
三、机制砂的应用
机制砂与河砂相比存在缺点与存在优点，只要找到机制砂对混凝土性能的影响规律，利用好优点，改善缺点，就能够使用机制砂生产出性能和质量优异的混凝土。从上文可以看出，机制砂本身的物理参数指标影响着混凝土的性能，所以在对机制砂进场检验一定要严格控制，杜绝不合格机制砂进场，造成混凝土质量波动。
（一）对来样机制砂一定要严格检查亚甲蓝值（MB值），亚甲蓝值合格则证明机制砂中的石粉为纯石粉，若不合格，则石粉为泥粉为主。砂子含泥量对混凝土拌合物的和易性影响特别大，提高了减水剂掺量，还导致了坍落度经时损失变大，最后导致混凝土强度也出现降低的现象，所以对所有进场的机制砂一定要先做亚甲蓝试验，MB值合格后才能允许卸料。同时石粉含量要求小于等于10%。只有控制好原材料进场质量，才能在生产过程中对混凝土的调整合理有效，保证混凝土质量。
（二）机制砂样品还需要进行压碎值检测，因为机制砂是通过机械破制成的，存在砂颗粒形状多棱角和裂纹，建设用砂标准要求机制砂单级最大压碎指标不大于30%，一类砂不大于20%。机制砂的压碎指标严重影响着混凝土的抗压强度。
（三）机制砂使用的过程中要及时检测机制砂的颗粒级配，压碎指标和亚甲蓝值，随时掌握机制砂性能指标数据，根据生产过程中的状态及时调整砂率，保证混凝土具有良好的和易性。
（四）机制砂混凝土的减水剂同样需要调整，在外加剂中增加保水，降黏的组分。最好是根据机制砂的实际性能指标，让外加剂公司配制一种专用外加剂，这样可以更好的掌握混凝土生产质量。
（五）由于机制砂混凝土和易性没有河砂好，容易出现混凝土达到现场后，施工人员为了方便施工随意加水现象，严重影响了混凝土的质量。要求试验室技术人员在混凝土到达工地施工时，做好技术交底工作，严防工人加水施工，容易造成离析泌水现象，对于劝阻后不听的不规范施工现象进行留存影像资料处理，防止因施工问题导致混凝土质量不合格给公司带来损失。
四、总结
机制砂的使用已经打开序幕，随着不断的试验数据和施工经验的累积，机制砂使用会越来越规范，机制砂的质量会越来越好，逐步向河砂性能靠近。严格控制好机制砂本身的质量，做好石粉含量检测，压碎指标检测和颗粒级配检测，及时掌握生产过程中的试验数据。任何一种替代材料的使用都有一个适应的过程，严格把控各种原材料进场，生产，施工，养护等各个环节，才能确保混凝土的质量在可控范围内，避免出现质量隐患。
参考文献：
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