機制砂在我國基礎設施建設中的應用

我國經濟的快速發展，帶動了基礎設施的大規模建設高潮。砂石是混凝土的主要成分，占比達80%左右。按原料來源可分為河砂（包括湖砂）、海砂、山砂等天然砂和機制砂，長久以來，我國建筑所用的砂石主要是河砂。近年來，由于砂價格暴漲，造成砂盜采現象嚴重。盜采砂造成河道千瘡百孔，對河道生態、防洪、航道安全等造成巨大破壞。機制砂被業內普遍認為是河砂的替代品且優勢明顯。本文主要介紹了機制砂和機制砂混凝土的特點及其應用前景。

1 機制砂應用發展現狀

機制砂是經除土處理，由機械破碎、篩分制成的粒徑＜4.75mm的巖石顆粒。機制砂原料充足，只要有石頭的地方就可以生產機制砂，城市建筑廢料和礦山尾礦也可開發成機制砂原料。相較于河砂，使用高品質機制砂能更好地控制建筑質量。穩定而低廉的價格是機制砂最大優勢。

在美、英、日等發達國家，應用機制砂作為混凝土細骨料的歷史已超過30 a，在各種建筑工程中應用比較普遍，關于機制砂的材料與試驗、使用標準已相當完善。而我國在建筑方面采用機制砂從20世紀60年代已經起步。1973年國家建委在貴州省召開了機制砂在混凝土中應用的論證會，通過建材業和建筑業的經驗交流，肯定了研究成果并制定了《機制砂混凝土技術規程》。自此，機制砂的應用范圍得以擴大，由建筑行業擴大到公路、鐵路、水電、冶金等系統。

但縱觀國內外研究現狀，機制砂的應用與研究仍然存在明顯不足。主要表現在2方面。

1）機制砂標準不統一。外國標準對機制砂技術指標有明確規定的有美國ASTMC33-2001、日本JISA 5005：1993、澳大利亞的 AS2758.1-1998、英國 BS882：1992和 CENBS EN12620：2002以及法國的 NF P18-540：19970。我國一些標準也對機制砂的技術指標做了相應規定如GB/T 14684—2001《建筑用砂》、JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》、DL/T 5144—2001《水工混凝土施工規范》、JTGTB07-01—2006《公路工程混凝土結構防腐技術規范》、TB 10005—2010《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》、JGJ/T 241—2011《人工砂混凝土應用技術規程》，JTG/TF 50—2011《公路橋涵施工技術規程》等。解讀各標準和規范發現，對機制砂技術指標規定不同之處主要有母巖的要求、機制砂級配的劃分，特別是機制砂中石粉含量的限值問題。

2）機制砂對混凝土性能的影響研究不充分。機制砂的主要質量指標有石粉含量及細度、表觀密度、空隙率、細度模數、級配曲線等。其中石粉含量、級配曲線對混凝土性能的顯著影響存在較大分歧。機制砂中石粉對混凝土的工作性、強度、耐久性和體積穩定性都有影響，這些影響因研究者、選材、研究對象、出發點不同得出的結論也不同。在石粉對混凝土工作性影響研究方面，有石粉對工作性的影響利弊的分歧和最佳工作性時石粉含量的限值不同等結論。機制砂的級配是由制砂設備和工藝決定的。在實際工程中，用滿足天然砂的級配要求的機制砂，配制出的混凝土離析泌水嚴重，這使人們對機制砂的使用存有疑慮。有的學者認為細集料級配標準只適合球形顆粒，不適合非球形的機制砂，按照細集料的規范未必能配制出工作性好的混凝土。

2 機制砂對混凝土性能的影響

1）機制砂對混凝土工作性的影響。石粉是機制砂對混凝土工作性影響最顯著的部分之一。但是許多研究人員關于石粉對機制砂混凝土工作性影響方面的結論不一致。一部分學者認為：石粉的比表面積有相對很大，會增大拌和混凝土的用水量，相同用水量條件下，混凝土比較干稠，和易性差。另一部分認為：石粉混凝土工作性影響存在一個最佳石粉含量，在最佳石粉含量內，石粉含量越大工作越好，超過了最佳石粉含量，石粉越多工作性反而下降。

機制砂級配對混凝土的工作性有很大影響。機制砂的粒級分布不均勻會導致拌和物工作性差。研究表明采用連續分布的粒級得到的拌和物有更好的工作性。外國學者P.N Quiroga研究了不同機制砂級配對混凝土流動性的影響，結果表明不同級配對流動性影響很大，坍落度最高差別達到175mm。

2）機制砂對混凝土力學性能的影響。優良的機制砂取代河砂配制出的混凝土強度高幾乎已是不爭的事實。一般從機制砂粒型、石粉含量、級配等方面來研究機制砂對混凝土力學性能的影響。

機制砂形狀尖銳、質地粗糙可以增加漿體和集料間的互鎖效應，從而提高強度，特別是抗折強度。另外集料表面的紋理對強度也有顯著的影響。

石粉對機制砂混凝土力學性能的影響主要表現石粉的填充作用和石粉對混凝土的水化反應的影響，石粉的填充作用對混凝土中集料和漿體界面過渡區有影響。石粉含量為5%時，機制砂混凝土強度最大，可以明顯改善混凝土的孔隙特征，改善水泥基體和集料界面過渡區結構并且對混凝土的晶相也有所改變。石粉含量10%的混凝土28 d抗折強度比不摻石粉提高了10%；石粉含量30%的混凝土抗折強度較對比樣則下降了10%。

機制砂的級配對混凝土強度的影響主要是通過影響工作性來影響硬化后混凝土的力學性能。原則上說級配好的集料和級配差的集料均可以拌制出符合強度要求的混凝土，但是級配好的集料對于提高硬化混凝土的強度更有利。

3）機制砂對混凝土耐久性的影響。機制砂的粒型和級配對混凝土的耐久性會產生一定的影響。其石粉的減水效應、密實效應和水化效應對混凝土的耐久性有很大影響。

大量研究表明良好的粒型配制出的混凝土工作性更加優異，比起粒型差的機制砂達到相同的工作性可以減少水泥的用量和用水量，從而減少混凝土中的孔隙，減少收縮，增強混凝土的耐久性。

石粉可以改善機制砂混凝土易離析泌水的缺點，改善水泥漿與骨料的過渡區，細化甚至隔斷混凝土的毛細孔，提高混凝土的抗滲性。機制砂中的石粉可以提高集料的有效堆積，阻止在水泥水化過程中毛細孔道的形成，提高混凝土的抗滲性。

3 結語

在國家政策的支持下，機制砂近年來發展迅猛。據中國砂石協會統計，機制砂市場占有率從2003年不到10%增長至2013年的49%，總產量超過20億t。未來隨著國家政策的進一步落實，機制砂的發展將迎來更大的發展空間，這就要求有關部門加大監管力度，淘汰落后工藝，保障高質量機制砂的生產，滿足現代混凝土工藝的要求。

[1]劉娟紅，宋少民.綠色高性能混凝土技術與工程應用[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]蔡基偉.石粉對機制砂混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢理工大學，2006.

[3]王稷良.機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究[D].武漢理工大學，2008.