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摘要：以机制砂及河砂的差异为出发点，通过对机制砂性能及机制砂配合比的设计进行研究，比较相同强度等级机制砂混凝土以及河砂混凝土的性能差异，综合比较二者成本，讨论机制砂的生产及实际应用。
关键词：机制砂；河砂；混凝土
砂是混凝土组成的主要材料，随着我国交通的快速发展，河砂的需求量也日益增加，然而河砂属于不可再生资源，过度开采河砂所带来的环境破坏也日趋严重，故而国家对河砂开采进行限制，这一方面导致了河砂价格日益上涨，另一方面导致了河砂供应紧张，同时河砂质量也日渐下降，故而用机制砂部分或全部替代河砂已成为研究热点。
1.机制砂的性能及生产控制
1.1机制砂与河砂差别
机制砂与天然砂的材料属性不同，机制砂由岩石人工破碎而成，岩性种类繁多、中间粒径偏少、颗粒孔隙率偏大、形貌不圆滑、石粉或者泥粉含量高，导致机制砂混凝土相较于河砂混凝土减水剂用量大，不易施工，强度、耐久性不达标等问题,河砂是自然风化的结果，其圆度较高，而机制砂由机械破碎筛选而成，这导致了机制砂的棱角及片状颗粒较多，表面能较高。
机制砂与河砂的差异还体现在石粉上，石粉是机制砂生产过程中产生的粒径小于0.075mm的颗粒，由于天然岩石在破碎及风化过程中会附着些许黏土，黏土会导致混凝土性能恶化，因此在机制砂生产过程中需要对其进行水洗，而水洗会导致石粉的大量流失，一方面，一定量的石粉可以填充于骨料间隙，形成微集料效应，改善混凝土性能，另一方面，过量的石粉会导致混凝土工作性能变差，故而需要在生产过程中对机制砂的粒径、粒型及石粉含量等进行控制。
1.2机制砂的生产控制
机制砂的生产直接决定了机制砂的质量，在实际生产过程中可主要从母岩种类，细度，粒型，级配，石粉含量等进行控制。
母岩种类对机制砂的影响主要体现在母岩强度及破碎后石粉的吸附性，母岩强度过低则易导致机制砂压碎值过高，而母岩强度过高则易导致母岩难以破碎，最终导致机制砂细度过高。另一方面，机制砂的种类直接影响了破碎后石粉的吸附性，当石粉吸附性高，且含量偏高时会导致混凝土工作性能变差。GB/T 14684-2011规定对于II区砂当MB值≤1.0时,石粉含量要求≤10.0%，而当MB值≥1.0时,则要求石粉含量≤3.0%，研究表明石粉含量对混凝土工作性影响存在临界掺量，适当的石粉掺量可以有效提高混凝土力学性能并改善其耐久性能，故而对于MB值偏小的机制砂在生产时可适当增大石粉掺量，以改善混凝土的工作性能。
在生产过程中为保证级配及细度，需采用具备筛分、除泥、破碎、整形等功能的专用制砂机械设备生产机制砂，以保证生产的机制砂符合规范要求。
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图1 机制砂生产设备
2.机制砂混凝土配合比设计
2.1材料选择
以C30桩基混凝土为例，分别采用机制砂及河砂试拌配合比，原材料如表1所示：
表1 试验原材料
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表2 河砂试验结果
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表3 机制砂试验结果
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2.2配合比设计
分别采用上述材料进行配合比计算，计算结果如表4：
表4 配合比计算结果
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分别计算上述配合比的碱含量氯离子含量及三氧化硫含量，其结果如表5所示：
表5 碱含量氯离子含量及三氧化硫含量计算结果
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分别采用机制砂1-3及河砂进行试拌，并分别测试其强度，耐久性能及工作性能并综合比较成本，如表6所示：
表6 混凝土性能及成本
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试验表明，采用性能较好的机制砂在性能相近的情况下可大大节约成本。石粉含量可有效提高混凝土的强度及工作性能，然而这种提高并不是没有限度的，当机制砂MB值较高时提高石粉含量不仅无法改善混凝土性能，还会导致混凝土工作性能恶化，综合比较，选用MB值较小，石粉含量较高的机制砂可有效改善混凝土性能，达到近似或超过河砂的性能。
3.结论
机制砂的使用可有效改善因河砂的过度开采所带来的环境、成本、质量等问题，但是机制砂的性能直接影响混凝土的强度及工作性能，因此机制砂生产时必须严格控制机制砂质量。
机制砂对混凝土性能的影响主要体现在级配，MB值，石粉含量等方面，生产时需调整合适级配，并对机制砂进行整型。通常机制砂需外掺石粉，一定的石粉含量会产生微集料效应，从而有助于改善机制砂的工作性能及强度，然而这种效应存在临界值，过量的石粉反而会导致混凝土性能的恶化。故而在使用前，应先对混凝土进行试拌，亦可选用不同性能的机制砂进行试拌，以探求不同细度，不同MB值，不同石粉含量下混凝土性能的差别，以求得最佳的机制砂质量，为日后大规模的生产使用提供标准。
参考文献
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