機制砂的優(yōu)缺點及其在混凝土工程中的應(yīng)用

薛曉云

【摘? 要】論文研究了天然砂與機制砂在混凝土工程中應(yīng)用的優(yōu)缺點，分析機制砂與天然砂的特性受混凝土的強度、彈性模量、干縮性、抗凍性、收縮徐變方面的影響。結(jié)果表明，在達到用砂性能指標(biāo)的前提下，使用優(yōu)質(zhì)機制砂與天然砂一樣進行混凝土施工生產(chǎn)是可行的。

【Abstract】This paper studies the advantages and disadvantages of the application of natural sand and machine-made sand in concrete engineering， and analyzes the characteristics of machine-made sand and natural sand affected by the strength， elastic modulus， dry shrinkage， frost resistance， shrinkage and creep of concrete. The results show that， on the premise of reaching the performance index of sand using， it is feasible to use high quality machine-made sand as well as? natural sand for concrete construction and production.

【關(guān)鍵詞】機制砂;天然砂;混凝土;耐久性;彈性模量;干縮性;抗凍性

【Keywords】machine-made sand; natural sand; concrete; durability; elastic modulus; dry shrinkage; frost resistance

【中圖分類號】TU528.041? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2020）03-0138-02

1 機制砂具備的優(yōu)缺點

在廣西地區(qū)通常使用機制砂進行施工，通過積累相應(yīng)的經(jīng)驗，對其優(yōu)缺點進行總結(jié)，具體如下。

1.1 機制砂具備的優(yōu)點

利用機制砂對混凝土進行配置的優(yōu)點包括：

①使用工廠化的方式進行生產(chǎn)，在質(zhì)量方面可以得到很好的保證，也可以從相應(yīng)的選材以及破碎等工藝流程方面建立具體的質(zhì)量監(jiān)控體系，從而混凝土質(zhì)量可以得到良好的保障。②物理力學(xué)的性能比較良好。在生產(chǎn)機制砂的過程中可以選擇一些硬質(zhì)的巖石，不可以選擇軟質(zhì)以及有過風(fēng)化痕跡的巖石。與此同時，相應(yīng)的含泥（塊）量可以由人工進行篩選，這樣就可以對其進行良好的控制，進而生產(chǎn)出高強度的混凝土。③機制砂的顆粒級配、細度模數(shù)可以調(diào)整?？梢愿鶕?jù)工程的需要，結(jié)合母材的特點和混凝土的要求，對于機制砂的具體細度模數(shù)以及顆粒級配進行調(diào)整。在調(diào)整的過程中主要通過相應(yīng)的破碎設(shè)備以及工藝流程的具體選擇來實現(xiàn)。

1.2 機制砂具備的缺點

①天然砂顆粒在外觀方面比較渾圓，表面非常光滑。天然中砂的細度模數(shù)為2.6～3.0，級配比較好，這樣對于混凝土的工作性能來講非常的有利。而機制砂的顆粒比較尖銳，棱角比較多，表面非常粗糙，細度模數(shù)在3.0以上，顆粒的級配相對來講比較差，大于2.5mm以及小于0.08mm的顆粒比較多，這樣會造成混凝土的和易性比較差，從后期制造的混凝土從外觀、質(zhì)量方面來看存在比較多的缺陷。如果機制砂在母材方面出現(xiàn)變化，那么非常容易造成機制砂的質(zhì)量波動，這樣也會對相應(yīng)的施工帶來較大的難度。但是，面對這種情況可以選擇一些比較合適的碎砂設(shè)備，對于砂中含有的石粉量以及砂率進行調(diào)整，從而很好地克服上述問題。②機制砂當(dāng)中一般含有石粉。石粉以及泥的粒徑通常都小于0.075mm，因為其中的成分不同，在細度方面相差比較大。泥顆粒一般都小于0.016mm，而相應(yīng)的石粉顆粒為0.016～0.075mm。通常來說，泥在砂的表面進行吸附，對于砂以及水泥之間的粘結(jié)起到嚴重的阻礙作用。面對這種情況可以使用適量的石粉在水泥以及細砂的空隙之間進行填充，這樣可以很好地增強機制砂混凝土的具體工作性能。

2 機制砂混凝土的具體特性

2.1 稠度、可塑性以及可加工性

在相同的水灰比條件下，機制砂混凝土的相關(guān)坍落度和河砂混凝土相比會比較小，機制砂本身具備裂隙、空隙以及孔洞的特點，其中，部分顆粒屬于礦物顆粒的集合體，這樣可以起到增大砂石表面積的作用，進而可以吸附更多的水分，坍落度也會減小，用水量就會相應(yīng)增加。機制砂和天然的河砂相比較，需水量要增加5～10kg/m3。機制砂混凝土的具體和易性以及級配和細度模數(shù)之間有很大的關(guān)系。與此同時，還會涉及相應(yīng)的用水量、水泥的具體用量以及砂率等參數(shù)，因此，需要對此進行深入研究。對于細度模數(shù)來說，控制在3.0～3.4為最佳。如果細度的模數(shù)比較大，那么粗顆粒就會非常多，級配就會顯得較為不合理，進而會造成混凝土的和易性變差，雖然在其中摻入一些粉煤灰可以彌補相應(yīng)的缺陷，但是成本就會出現(xiàn)很大的提高，經(jīng)濟性較低;如果細度的模數(shù)比較小，那么會出現(xiàn)比較多小于0.075 mm的細粉，相應(yīng)的需水量也比較大，混凝土的強度會大幅降低，水泥的用量也會大大增加。

2.2 力學(xué)性能

混凝土的力學(xué)性能主要包含：抗壓、抗折、彈性模量以及疲勞強度等。目前，對這些指標(biāo)沒有進行比較深入的研究。對于抗壓強度以及彈性模量這兩個主要指標(biāo)來講，國內(nèi)外都積累了比較豐富的經(jīng)驗。通常會利用40%的天然細砂以及60%的機制砂進行混合，取得的效果比較良好。機制砂一般都會采用相應(yīng)的硬質(zhì)巖石進行破碎，機制砂和天然砂相比較，抗壓強度比較好。機制砂和相應(yīng)的天然砂混凝土相比較，各項性能的指標(biāo)都比較高。混凝土的強度以及彈性模量和砂的強度有直接的聯(lián)系，此外，和其他的因素也有較大的關(guān)系。實驗表明，石粉含量對于混凝土的強度具有較大的影響。如果石粉的含量比較高，那么混凝土的相關(guān)強度就會出現(xiàn)下降的趨勢。如果機制砂的砂率不超過40%，那么拌和物就會比較粘稠，相應(yīng)的砂率也會出現(xiàn)增大趨勢，工作性能也可以得到較好的改善;如果砂率處于42%～46%時，強度就會比較穩(wěn)定;如果砂率超過了50%，那么強度就會出現(xiàn)下降的趨勢，相應(yīng)的彈性模量的具體強度也會出現(xiàn)下降的情況。

2.3 耐久性能

混凝土的相關(guān)耐久性能主要指的是具有抵抗凍融循環(huán)等氣候條件、酸堿等物理化學(xué)侵蝕作用、受光熱作用、流水沖蝕作用的能力。如果混凝土越密實，那么抗?jié)B抗凍的性能就會越好。混凝土本身的抗?jié)B性和其孔隙有很大的關(guān)系。石粉在機制砂當(dāng)中屬于一種比較有效的填充材料，雖不具備活性，但是也可以很好地提高混凝土的密實性，有效地增強水泥石以及骨料界面之間的粘結(jié)。石粉可以加速C3S的具體水化速度，并且與C3A以及C4AF之間相互反應(yīng)，最終可以生成相應(yīng)的結(jié)晶水化物，可以很好地使得水泥石的孔隙結(jié)構(gòu)得到改善，抗?jié)B性可以得到有效的提高。對于機制砂混凝土的抗凍融以及耐久性還缺乏相應(yīng)的研究。機制砂可以對于混凝土的具體工作性能進行改善，具備一定的填充效果，可以改善混凝土的相關(guān)孔隙結(jié)構(gòu)，進一步使得混凝土的密實度得到加強?；旌仙耙约疤烊恢猩皟烧吖餐渲频幕炷辆邆浔容^優(yōu)越的抗?jié)B性能。機制砂以及天然細砂之間的混合可以配制出抗凍性能、抗?jié)B性能以及抗硫酸鹽侵蝕性能比較好的混凝土。由機制砂以及天然細砂混合配制出的混凝土的抗?jié)B性和中砂混凝土相比質(zhì)量較差。

3 機制砂在工程實踐當(dāng)中的具體應(yīng)用

在南昆復(fù)線鐵路的施工過程中使用了機制砂。在施工前期，關(guān)于機制砂的實際應(yīng)用在理論上面沒有相應(yīng)的依據(jù)，從而將其與天然砂等同進行使用，這樣一來就造成了混凝土質(zhì)量下滑的現(xiàn)象，外觀、質(zhì)量也無法滿足相應(yīng)的要求。通過后續(xù)的控制工作，混凝土的質(zhì)量得到了一定程度的提高。從而使得混凝土的外觀、強度以及耐久性都得到了很大的提高，也有效地降低了相應(yīng)的工程造價。

4 機制砂在工程實踐當(dāng)中應(yīng)用存在的問題

4.1 關(guān)于顆粒形狀以及顆粒級配的研究

機制砂的具體顆粒形狀以及級配都會對于混凝土的具體和易性、強度以及耐磨性等都會產(chǎn)生嚴重的影響。特別是需要對粒徑不大于0.075mm的石粉含量進行比較認真的研究。粒形不同的機制砂對于混凝土的和易性都會產(chǎn)生比較大的影響，而由片狀顆粒拌制而成的混凝土在和易性方面比較差，最完美的粒形是接近于立方體的顆粒。如果在機制砂當(dāng)中含有一些適量的石粉，那么可以很好地使得混凝土的強度提高，還可以很好地改善混凝土的和易性，將石粉控制在7%之內(nèi)是最為合適的，但是想要對于石粉的含量進行嚴格控制是非常困難的，需要對控制方法進行充分的探索。

4.2 關(guān)于配合比的研究

機制砂混凝土的配合比對于混凝土的各種性能都有著非常重要的影響。相關(guān)人員應(yīng)該比較深入地開展綜合性的試驗研究，還應(yīng)該重點地研究石粉的含量、砂率以及水灰比，這些對于混凝土的性能都有很大的影響。

4.3 關(guān)于設(shè)備的研究

使用機制砂制作的混凝土的質(zhì)量與攪拌設(shè)備之間也有非常大的關(guān)系，在攪拌的過程中最好采用比較大型的攪拌站或者相應(yīng)的高質(zhì)量攪拌設(shè)備進行攪拌，這樣才可以充分地保證工程的整體質(zhì)量。

5 結(jié)語

當(dāng)前，在施工實踐當(dāng)中對機制砂混凝土的應(yīng)用比較少，關(guān)于這種混凝土的性能還缺乏比較深入和具體的研究。在此后的施工過程中應(yīng)該不斷地對其進行研究，使機制砂混凝土的各項指標(biāo)參數(shù)滿足使用要求，保障其在工程當(dāng)中的應(yīng)用更加廣泛和深入。