貴州機制砂在混凝土中的應用

李 波

（中鐵（貴州）市政工程有限公司，貴州 貴陽 550031）

1 貴州機制砂的應用情況

我國河砂資源十分豐富，但是由于早期的無限制開采，導致眾多地區河砂資源面臨枯竭，出于環境保護要求，全國各地已經出臺了多項河砂禁采政策，為保證工程建設項目的順利開展，機制砂的使用已經成為一個必然趨勢。貴州省是我國最早將在機制砂投入使用的省份，其早期受限于獨特的地理環境，天然砂長距離運輸費用高、時間長，出現了“用砂奇缺”的情況，為此在地方支持下，結合工程建設開始機制砂研究。20世紀60年代，貓跳河梯級水電站工程建設中就成功應用了機制砂混凝土。經歷了50多年的發展，貴州機制砂各方面技術均走向成熟，推廣效果也尤為顯著。與天然砂相比，機制砂成本優勢顯著，如貴州機制砂成本可控制在60元/t，采取就地制作的方式，將大量節省運費。除此之外，其在環境以及資源利用方面也具有顯著優勢。

2 貴州機制砂在混凝土中的應用

2.1 貴州機制砂基本物理性能

機制砂是處理后粒徑＜4.75mm的巖石顆粒，以中粗砂為主，各地機制砂粒型、級配存在一定差別[1]。貴州、湖州兩地的機制砂基本物理性能如表1所示。無論機制砂顆粒形狀如何，只要滿足相關規范技術標準，即可用于混凝土、砂漿配制中。

表1 貴州、湖州機制砂與河砂基本物理性能

2.2 貴州機制砂在混凝土中的應用

（1）配合比方面。根據機制砂基本物理性能來看，其與天然河砂還是存在一定的差別，將其應用于混凝土制備中，若是照搬天然砂石配合比設計方法，將會出現需水量大、和易性差等問題，通過相關試驗與實踐情況發現，當混凝土強度等級越低時，此類問題的表現就越加顯著。對此，必須嚴格根據機制砂情況，合理調整混凝土配合比設計。根據相關經驗總結，最適合配制混凝土的機制砂細度模數為2.6～3.0，級配為2區[2]。工程實踐中可根據實際情況進行綜合分析，做好配合比設計優化調整工作。

（2）石粉含量方面。從貴州機制砂多年使用情況來看，其在配制高強度等級、高性能混凝土方面優勢顯著，這主要是源于石粉的合理應用。機制砂在制備過程中，會產生一定量的石粉，合理控制石粉摻量可起到較好的填充作用，增強混凝土強度，不同強度的機制砂混凝土石粉摻量均有所差異，根據相關研究顯示，適量石粉可改善混凝土抗凍性、抗磨性等，也有研究提出，建議高強機制砂混凝土配制是將石粉含量放寬至7%。

2.3 工作性能方面

根據現代工程建設需要，對混凝土工作性能、泵送性能提出更高要求，由于機制砂細度模數較大、表面粗糙，在進行混凝土配制時，集料與水泥黏結性十分好，但是也會影響混凝土工作性能。對此，必須采取有效措施調整機制砂混凝土工作性能，主要包括摻合料技術與高性能減水劑的應用，根據相關研究顯示，機制砂石粉含量、粉煤灰摻量分別為6%、30%時，摻加降黏性高性能減水劑，混凝土坍落度、擴展度顯著增大，工作性、可泵性均顯著改善。

3 實例探析

文章以某廠區改擴建項目為例展開分析，此項目規模十分大，包括橋梁、隧道、廠房建設等方面，混凝土用量巨大。該項目施工區位于赤水河畔，但是出于經濟、環保等方面的考慮，未選用河砂，決定采用具有成本低、質量穩定等優點的石灰巖礦生產所得機制砂。下文主要圍繞機制砂在C30抗滲混凝土配制中的應用展開分析，進行配合比設計優化試驗。經驗證，混凝土使用效果良好。

3.1 機制砂混凝土配合比設計

（1）原材料。該項目采用普通硅酸鹽水泥，具體參數如表2所示。

表2 C30抗滲混凝土原材料

（2）配合比設計。該項目采用的機制砂混凝土，試驗配比如表3所示。

表3 C30抗滲混凝土試驗配比

3.2 機制砂混凝土各項參數選取情況

（1）試驗方案。根據前期試驗，選定以下幾個參數，如表4所示。

表4 試驗參數

該項目試件為邊長15cm的立方體，標準養護，試驗數據如表5所示。

表5 試驗方案與結果

（2）結果分析。石粉含量方面：根據本項目試驗情況來看，石粉含量增加后，機制砂混凝土抗壓強度先增大后降低，劈裂抗拉強度下降。石粉等量取代引入方面：將石粉以摻合料的方式與膠凝材料預拌，根據表5來看，混凝土強度有所提高。砂率方面：砂率的選擇也直接關系到混凝土強度，根據試驗數據顯示，砂率越大，機制砂混凝土28d抗壓強度、劈裂抗拉強度均下降。與天然河砂相比，在進行機制砂混凝土配比時，可適當減小砂率，保證混凝土和易性良好。

（3）極差分析。該項目選用綜合平衡法對試驗結構進行極差分析，根據結果發現，各因素影響情況排名如下。28d抗壓強度：石粉等量取代引入量＞石粉含量＞砂率。28d劈裂抗拉強度：石粉含量＞石粉等量取代引入量＞砂率。由此，項目提出對機制砂混凝土配合比進行調整優化，石粉含量、等量取代引入石粉、砂率分別為4.5%、4.0%、46%，具體如表6所示。

表6 配合比調整方案

試驗結果顯示，優化后機制砂混凝土28d抗壓強度、劈裂抗拉強度分別達到了43.5MPa、5.15MPa，滿足施工要求。

4 結束語

綜上所述，與天然河砂相比，機制砂的主要優勢在于價格低廉、環保，但是由于兩者基本物理性能存在差異，機制砂在混凝土中的應用無法照搬天然河砂，必須根據工程實際情況合理調整配比，重視石粉含量、外加劑、砂率等參數對混凝土質量的影響。該項目對機制砂混凝土配合比方案進行了優化設計，通過調整石粉等量取代引入量、石粉含量、砂率，進一步增強了混凝土強度，對整個工程項目的實施具有重要意義。