新型加工的花崗巖機制砂混凝土的性能及應用

蘇玉奎

摘要：為提高花崗巖機制砂的使用率，文章針對傳統機制砂存在的石粉含量多、級配差、顆粒棱角多等質量問題，提出改進機制砂的加工工藝來消除原材質量問題，并通過配合比試驗驗證新型加工的花崗巖機制砂對混凝土性能的影響。試驗檢測結果顯示，新型加工后的花崗巖機制砂可提高機制砂的質量，用其配制的各標號混凝土性能和抗壓強度可以滿足設計要求并廣泛應用。

關鍵詞：機制砂;混凝土;性能指標;抗壓強度

0 引言

由廣西路建工程集團有限公司承建的松旺至鐵山港東岸高速公路位于玉林市博白縣和北海市合浦縣境內，該處位置石灰巖地材較少，而花崗巖地材較多。隨著近年來周邊城市的發展，各種建設及工業活動對砂石材料的需求量大幅增加，河砂作為混凝土的重要組成成分，其價格也在逐年攀升。因此，在保證工程建設特別是高標號混凝土質量的前提下，就地取材，將花崗巖代替河砂作為混凝土細集料的生產原料，對節約工程建設成本極為重要。

花崗巖是機制砂的主要母巖，其價格較低且在全國各地均有較大儲量，開采和使用均相當便利[1]。本文針對傳統工藝生產的花崗巖機制砂存在的石粉含量多、級配差、顆粒棱角多等一些質量問題，通過改進生產工藝，確定新型的機制砂的加工方法，以滿足現狀建設項目成品的高質量、高品質要求。本文還介紹了花崗巖機制砂施工運用中的注意事項，對新型花崗巖機制砂的加工推廣與應用具有一定的借鑒意義。

1 傳統工藝生產的花崗巖機制砂特性

眾所周知，現階段機制砂的生產已趨于成熟，但是其生產工藝仍難以保證成品機制砂的石粉含量、顆粒粒型及級配的穩定性，無法達到在建高速公路建設項目對精品機制砂的高質量要求。細集料作為混凝土生產的主要原材料，如果使用不合格的機制砂，對混凝土的使用質量會造成一定的影響，如：（1）石粉含量多，洗砂過后級配不良，導致混凝土的和易性差;（2）成品機制砂的棱角多，表面粗糙，與碎石表面粘結力不夠，會影響混凝土的抗壓強度和工作性能，容易引起混凝土的外觀質量問題[2]。

2 新型花崗巖機制砂加工工藝

針對上述傳統工藝生產機制砂存在的問題，通過查閱相關學術成果，結合以往項目生產經驗，為滿足《公路橋涵施工技術規范》（JTG/F50-2011）[3]對機制砂的含粉量、顆粒棱角性要求及現狀高速公路建設項目對結構物成品的高質量、高品質要求，項目通過試生產，分別從原材料母巖選取、機械設備選型以及生產工藝等幾個方面考慮，改進一種新型花崗巖機制砂的生產過程，以消除傳統機制砂存在的石粉含量高和顆粒級配不穩定、棱角多等問題。

（1）材料方面，選擇優質花崗巖母巖進行機制砂加工。所用母巖要求強度高、孔隙率相對較低、巖性穩定且含泥量較少。

（2）機械方面，采用專用機制砂生產設備。由于機制砂所選用的母巖強度較高，且花崗巖機制砂對成品的粒型提出了較高的要求，根據破碎機型的破碎原理選定錘式破碎機作為新型花崗巖機制砂的破碎設備。篩分機方面，根據生產經驗，機制砂的性能之所以難以達到要求，其中重要的因素包括機制砂石粉的含量較高，而多元組合振動篩能適用于中、小塊且含粉料多的篩分要求。因此，新型花崗巖機制砂篩分機的選型為多元組合振動篩。

（3）破碎工藝：一次破碎不能滿足成品機制砂的質量要求，采用兩次破碎才能滿足成品機制砂的顆粒粒型要求。即第一次破碎對原材料母巖進行破碎，第二次破碎對粗加工的成品進行精加工破碎。另外，為滿足顆粒棱角性和壓碎值指標要求，在以往機制砂生產的基礎上，采用顆粒碰撞摩擦的方式打磨機制砂棱角，改善顆粒粒型，再結合水洗或鼓風形式控制砂的含粉量。

3 新型花崗巖機制砂和混凝土的試驗檢測

3.1 新型花崗巖機制砂的試驗檢測

由于機制砂對顆粒的粒型要求較高，經破碎后的集料的棱角性也要滿足一定的要求。為了驗證改進生產工藝后新型花崗巖機制砂的產品質量及其對混凝土的性能影響，試生產后，結合現行技術標準要求，本項目對新型花崗巖機制砂的技術指標和摻配不同標號的混凝土進行了檢測，檢測結果如表1～4所示。

3.2 新型花崗巖機制砂混凝土的試驗檢測（見表4）

3.3 結果分析

（1）新型花崗巖機制砂的性能影響

根據表1～3中的實驗結果可得：改進加工工藝之后的新型花崗巖機制砂，其石粉含量控制標準值內，顆粒棱角減少，從而改善了級配，避免過度洗砂，增加了機制砂的產能。

（2）對混凝土和易性的影響

根據表4中的實驗結果可得：以新型花崗巖機制砂生產的混凝土坍落度在標準值內，不泌水，漿體與骨料的粘聚性良好。

（3）對混凝土抗氯離子滲透性的影響

根據表4中的實驗結果可得：以新型花崗巖機制砂生產的各標號混凝土的抗氯離子滲透性能不同，C25機制砂的相關性能指標較差，而C50和C60機制砂的相關性能指標在相同的實驗條件下依次增強。

（4）對混凝土抗壓強度的影響

根據表4中的實驗結果可得：新型花崗巖機制砂級配良好，顆粒棱角減少，其生產出來的高標號混凝土28d抗壓強度指標仍能滿足強度等級要求，是一種更優良的混凝土原料。

4 實際應用

基于上述實驗內容及結果，為提高花崗巖機制砂的利用效率，保證混凝土的使用質量，新型花崗巖機制砂在其實際工程應用中應注意以下事項：

（1）新型花崗巖機制砂制作前要根據原材料的設計質量要求對加工設備進行有針對性的比選，加工過程中需進行二次破碎，并采用顆粒碰撞摩擦的方式打磨機制砂棱角，改善顆粒粒型，使機制砂級配符合設計要求。

（2）如果以該新型花崗巖機制砂為原材料制備混凝土，相比于以天然砂材料為原料，則需要加大水在總材料中的比例，從而保證混凝土的強度和坍落度滿足施工設計標準。在其實際應用中有這樣的建議主要基于以下兩個原因：①通過上述實驗結果可以發現，相比于自然砂，機制砂中粉末的比例偏高，因而以機制砂為原料制備的混凝土往往具備更強的吸水性;②由于機制砂材料中泥土的含量明顯偏高，也提高了水的需求量。

（3）在實際應用中需要嚴格控制水泥材料的使用比例，如果大量使用水泥材料，水化熱現象明顯，加速混凝土的收縮徐變，導致混凝土表面部位龜裂，縮短結構物的使用年限。同時也會造成浪費和不必要的經濟損失。

（4）如果以該花崗巖機制砂為原材料制備混凝土，務必嚴格控制粉塵的配比。結合實驗結果和上述分析，相比于自然砂，機制砂中粉末的比例偏高，相當于本身就含有一定量的粉塵，如果不嚴格控制，將會使得混凝土粉塵的比例偏高，從而對最后整體施工效果帶來不良影響。

5 結語

通過本次試生產，可得如下結論：

（1）優質的花崗巖機制砂經過改進生產工藝，可減少石粉及含泥量，改善顆粒級配和減少顆粒棱角，使表面更加光圓。

（2）以優質的花崗巖機制砂為原料的混凝土，其和易性狀態、氯離子遷移系數和高標號混凝土的抗壓強度值等指標均可滿足現行的技術規范標準。

目前，我國城市化進程正不斷深化，對混凝土砂料的需求越來越大，但過度開采砂料，不可避免地會影響環境。在保證工程混凝土使用質量的前提下，使用花崗巖機制砂不僅能響應政府保護環境的號召，還能縮減施工原料成本。根據相關統計，大量使用花崗巖機制砂可降低施工中42%～55%砂類原料的成本。

參考文獻：

[1]李 強.花崗巖機制砂對混凝土力學性能的影響研究[J].內蒙古公路與運輸，2018（6）：49-51.

[2]宋 超，黃 明，王 納.論機制砂混凝土外觀質量的質量控制措施[J].山西建筑，2012，38（2）：225-227.

[3]JTG/TF50-2011，公路橋涵施工技術規范[S].