機制砂質(zhì)量指標及對混凝土性能的影響分析

何少將

（中國水利水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000）

0 前言

社會經(jīng)濟的發(fā)展給我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)帶來了很大的挑戰(zhàn)，在基建的過程中，混凝土骨料等材料的需求量也隨之上升。隨著工程的建設(shè)，天然砂資源也逐漸減少，混凝土的用砂量需求逐漸無法得到滿足，這是工程的建設(shè)進度受到很大的影響。與天然砂相比，通過機器對巖石進行破碎，得到一定級配的機制砂，所以為了對其級配以及石粉含量進行改進，施工人員可以通過調(diào)整制砂機的參數(shù)進行調(diào)節(jié)。除此之外，在生產(chǎn)、、施工及運輸機制砂的過程中，環(huán)境的污染也比較少，因此在歐美等發(fā)達國家為了滿足工程的需求，對天然砂進行保護，應(yīng)該制定了相對完善的規(guī)范用于機制砂的生產(chǎn)。本文首先概括了國內(nèi)外對機制砂的相關(guān)規(guī)范，然后描述了機制砂的質(zhì)量指標和混凝土質(zhì)量的關(guān)系，并提出相應(yīng)的措施進行改進，使混凝土的施工質(zhì)量得到提高。

1 機制砂的相關(guān)定義

對比我國與國外的標準和規(guī)范可以看出，在對機制砂進行定義的過程中，不同國家有著不同的標準，我國不同地區(qū)的定義也不盡相同，表1為不同規(guī)范中的定義。

表1 不同標準規(guī)范中有關(guān)于機制砂的定義

2 質(zhì)量指標

根據(jù)以往的經(jīng)驗，機制砂的質(zhì)量指標主要有：第一，機制砂的形貌，比如表面粗糙度以及粒形等特征；第二，機制砂中的石粉含量指標。

2.1 顆粒形貌特征

在生產(chǎn)機制砂的時候，母巖和生產(chǎn)工藝都不一樣，從而導致生產(chǎn)出的機制砂具有不規(guī)則、表面粗糙有棱角的特征，與此同時，顆粒的比表面積大且內(nèi)部的裂紋比較多。通常情況下，沖擊式、錘式破碎機生產(chǎn)效果比輥壓式、圓錐式以及反擊式破碎機生產(chǎn)的效果好。

因為機制砂的顆粒形狀極其不規(guī)則，所以無法正確的對其表征進行描述，雖然在相關(guān)的規(guī)范中主要總結(jié)了流動時間法和間隙率法兩種細骨料棱角性試驗，但是試驗的誤差較大，所以近幾年為了更準確的對其棱角性進行分析，通常會采用DIP（數(shù)字圖像處理技術(shù)）。DIP 技術(shù)主要使用正面投影技術(shù)分析顆粒的輪廓圖像，對半徑比、長寬比以圓球度等相關(guān)的參數(shù)進行分析，從而對粒形表征進行描述。使用DIP 技術(shù)對圓錐破碎、沖擊破碎機制砂以及天然河砂的長寬比和圓球度進行比較可以看出，使用圓錐式破碎機制得的機制砂顆粒棱角最多、長寬比最大以及圓球度最小的特點。

在對評價指標進行量化的過程中有效的融入數(shù)字圖像分析技術(shù)，可以使結(jié)果更加的科學嚴謹，但是在實際的使用過程中存在所研究的對象較少、操作復雜且代表性差的缺點，因此通常情況下施工人員還是會選用細集料片狀顆粒含量測定法對其進行測評。

2.2 石粉含量

不同國家對石粉含量的最高限值的規(guī)定也是不一樣的，表2為不同地區(qū)的石粉含量的最高限值，從表2中我們可以看出，由于國家不同導致工程的施工措施不同，所以在對石粉含量進行計算的過程中，所考慮的影響因素也不一致，這就使石粉含量的最高限制存在差異，表中可以看出我國的石粉含量最高值是10%，歐洲為22%。

表2 石粉含量最高限值

3 質(zhì)量指標對混凝土性能的影響

3.1 顆粒形貌的影響

由于機制砂的顆粒具有較多的棱角，所以各個顆粒之間具有較大的咬合力，顆粒之間的碰撞會使混凝土的工作性降低。當機制砂的粒級為2.36mm 時，混凝土的流動性與顆粒形狀的規(guī)則性息息相關(guān)。由于其表面的棱角多、粗糙且含有較多的針片狀顆粒，所以在混凝土配置的過程中需要加入更多的水泥漿體，才能使混凝土的性能得到保障，一旦水泥漿體過少就可能出現(xiàn)離析的現(xiàn)象。

在混凝土的生產(chǎn)過程中如果使用機制砂作為原材料，其生產(chǎn)出的混凝土比河砂拌制的混凝土強度高，產(chǎn)生這種結(jié)果的原因主要有：第一，機制砂的表面比較粗糙，從而使混凝土界面的黏結(jié)力增加；第二，在混凝土的高堿環(huán)境中，由于CaCO3是機制砂的主要成分，因此其可以有效的促進C3A 及C3S 的水化。除此之外，在砂的堆積過程中，堆積狀態(tài)主要取決于顆粒的形貌，在水泥砂漿將空隙填充完成后，混凝土體系的密實度就會相應(yīng)的增加，進而提高混凝土的抗壓強度。但是部分學者則人為顆粒表面越光滑，混凝土拌合物的性能就越好，因此機制砂的粒形對混凝土性能的影響作用還需要更加深入的探討。

3.2 石粉含量的混凝土性能的影響

由于母巖種類的不同，其產(chǎn)生石粉的成分及巖性都不進相同，導致混凝土的水化作用有很大的差異。根據(jù)經(jīng)驗可知，石灰?guī)r是我國生產(chǎn)機制砂的主要材料，因此本文著重研究石灰石粉。

（1）對混凝土工作性的影響

雖然石粉可以有效的提高混凝土的粘聚性和保水性，是混凝土的離析心現(xiàn)象得到改善，但是如果混凝土中石粉含量過高，就會產(chǎn)生干稠的現(xiàn)象。部分學者認為，在混凝土的生產(chǎn)過程中石粉的摻量存在一個臨界值，當石粉摻量在臨界值以內(nèi)，其可以使混凝土的流動性得到增加，但是石粉摻量超過這個臨界值，拌合物的黏聚性就會增加，從而使混凝土的流動性降低。因此我們可以將機制砂中石粉的含量對混凝土工作性的影響分為負效應(yīng)和正效應(yīng)兩種：負效應(yīng)是指混凝土中的水分會被石粉吸收，導致混凝土拌合物的需水量增加；正效應(yīng)使指在石粉會包裹著機制砂，使其形成漿體，進而減小顆粒中的摩擦，改善機制砂在粒形上的不足，當負效應(yīng)小于正效應(yīng)的時候，石粉的含量不利于混凝土的工作性，反之則有利于。當混凝土為中低強度的時候，石粉增加漿體含量，使混凝土的工作性得到提高；然而當混凝土的強度較高時，因其水灰比小，拌合物中膠凝材料用量多，所以不需要石粉改善混凝土的泌水現(xiàn)象，因此當石粉較多的時候，會吸收水分，使水泥水化反應(yīng)無法正常進行，流動性降低，最終使混凝土的強度降低。

綜上，在混凝土的施工過程中，應(yīng)該根據(jù)強度等級的不同對石粉含量的臨界值進行界定，使其有助于提高混凝土的工作性。

（2）對混凝土力學性能的影響

第一，因為石粉的細度比較小，所以其可以起到一定的填充作用；第二，在混凝土材料體系中，石粉具有一定的水化活性，而且其水化所產(chǎn)生的產(chǎn)物結(jié)構(gòu)密實。在混凝土拌合的早期，石灰石粉可以加快水泥的水化反應(yīng)，有效的提高混凝土和砂漿的早期強度，但是由于石粉缺少活性效應(yīng)，導致混凝土在90d 后強度增加變慢，因此部分學者認為當石粉的含量小于13%的時候，混凝土后期的強度增加才不會受到影響。

綜上，在混凝土早期水化的過程中，石粉可以有效的促進其水化速度，提高早期強度，但是對后期強度的提高還需要更加深入的研究。

（3）對混凝土耐久性能的影響

微活性作用、化學作用、填充作用以及晶核作用都是石粉在水泥基材料中的作用，因此石粉可以影響到混凝土的耐久性能。石粉所存在的晶核效應(yīng)可以有效的提高水泥的水化速度，有利于C-S-H 凝膠等產(chǎn)物的析出，使混凝土的密實度得到提高，混凝土的抗?jié)B等級增加，最終減小氯離子的擴散系數(shù)。在低強混凝土中，將石粉量從0 提高到20%，可以使氯離子的滲透阻力增大，使混凝土的抗凍性降低；在高強混凝土中，將石粉的摻量從0 增加到15%，混凝土的抗凍性并不會受到影響。當水灰比不變時，石粉的含量越高，混凝土的抗硫酸鹽能力就越低。使用石粉代替部分水泥進行試驗可以看出，石粉可以抑制堿骨料的反應(yīng)。在混凝土中，石粉的活性小，體積穩(wěn)定且細度小，所以其可以起到一定的分散和填充作用，使混凝土的收縮減小。在機制砂所制成的混凝土中石粉的含量一般不小于7%，早期的干縮值要比河砂混凝土大，但是在后期影響并不大，甚至還有所降低。

綜上，在一定范圍內(nèi)，石粉含量增加可以使混凝土的抗氯離子滲透性增加，減少堿骨料的反應(yīng)，但是其并不利于抗硫酸鹽侵蝕能力的提高。

4 結(jié)論與建議

到目前為止，對機制砂的定義的過程中，各國家并不統(tǒng)一，而且在檢驗機制砂形貌的過程中缺乏簡便有效的方法，且缺乏機制砂對混凝土耐久性的影響的研究，就以上幾點提出如下建議：

（1）在混凝土的拌合過程中應(yīng)該考慮機制砂的產(chǎn)品特點、生產(chǎn)工藝以及原材料等因素，在選擇機制砂的原材料時可以考慮廢棄石塊、混凝土廢棄物等建筑垃圾，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（2）相關(guān)研究人員應(yīng)該重視機制砂石粉含量以及形貌特征對混凝土耐久性的影響，確保機制砂混凝土的質(zhì)量。