淺談機制砂對混凝土質量的影響

呂錦輝

甘肅省地處西北干旱地區，境內河流稀少，僅有的涇河、渭河等河流流量較少，河砂的形成條件先天發育不良。隨著河砂開采數量的減少，其價格在上漲的同時質量卻發生嚴重下滑，具體表現在含泥量超標、級配不合格等。在經濟利益的驅使下，不少地方出現了采用未經水洗的山砂和風化砂冒充當河砂的情況，采用上述不合格砂拌制的混凝土需水量大，現場坍落度損失嚴重，現場施工配合比無法控制，澆筑的混凝土實體易出現裂縫、色差等病害，甚者強度無法滿足設計要求，嚴重影響了工程質量。

機制砂的級配;石粉含量與含泥量;堅固性與風化顆粒含量

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甘肅省內的機制砂破碎工藝主要有三種，一種是直接將碎石生產的底料整形或不整形篩分后得到機制砂，這樣生產的機制砂大部分為反擊破或錘破砂，少部分為圓錐破生產的輥壓砂，第二種是添加了圓錐破作為細碎的砂石聯產生產線，這樣生產的機制砂大部分為輥壓砂，第三種是采用V7干法砂石聯產工藝附帶空氣篩整形篩分工藝，這樣生產的砂大部分為傳統意義上的沖立砂。國內已有機制砂的生產工藝對質量影響的研究表明：機制砂的長徑比與圓度較大，針片狀顆粒較多，反擊破生產的長徑比較小，依次是輥壓砂、錘破砂和沖立砂，天然砂的粗糙度最小，而輥壓砂和錘破砂最多。機制砂的生產工藝是影響機制砂質量的關鍵。研究顯示，當母巖相同時，采用沖立砂配制的混凝土流動性比輥壓砂好，這是由于沖立砂大部分采用石打鐵或石打石工藝生產，而輥壓砂是將石料在兩個輥之間擠壓破碎得到，因此沖立砂的表面粗糙度較小，顆粒較圓潤。在相同的配合比條件下，沖立砂的強度也高于其他工藝機制砂混凝土的強度。

根據甘肅省地方標準編制組與本課題組的調查，甘肅省內生產的機制砂級配全部處于1區和2區，無3區砂。試驗結果顯示絕大多數的機制砂0.3～1.18mm顆粒少，尤其以0.6mm顆粒最明顯，1.18～4.75mm粗顆粒和0.075mm以下粉料多，級配體現出兩頭多中間少的特點。干法生產的機制砂粉料較多但級配較為合理，而濕法生產的機制砂粉料較少且級配較差。對于機制砂級配優劣，可以采用篩分試驗法判斷，國內研究指出可以采用堆積密度試驗法與坍落狀態觀察法，級配較好的機制砂其堆積密度較大，坍落狀態接近河砂的機制砂其級配較好。

國內在石粉含量與含泥量對機制砂混凝土性能的影響方面已有大量的研究，且結論也較一致。

由于石粉在混凝土中起到填充和為水泥水化結晶提供晶核的作用，一定含量的石粉對于混凝土的和易性和強度均有改善和提高作用。研究顯示，對于C30、C40等水膠比較大的混凝土，石粉的最佳含量在15%左右，而對于C50、C60等水膠比較小的混凝土，膠凝材料用量較多的混凝土，石粉的最佳含量在10%左右，當然前提都是MBV要合格。過少的石粉含量會導致單位用水量較大的混凝土出現離析和泌水現象，一旦澆筑后的混凝土出現大量泌水，則不可避免的會出現表面干縮裂縫，因此低標號混凝土應適當選用石粉含量較高的機制砂，否則應在混凝土中超量摻加一部分礦物摻合料;對于高標號混凝土，一方面混凝土的單位用水量較小，另一方面混凝土中的膠凝材料較多，因此過多的石粉反而會吸附水分導致流動性變差，造成混凝土干硬。

當機制砂中的泥含量超標時，由于泥土中含有大量能夠強吸附減水劑聚羧酸分子的成分，因此導致水泥顆粒吸附的減水劑數量減少，減水劑則不能充分發揮分散作用，因此泥的增加從實質上降低了減水劑的減水率。相關研究人員采取將泥洗去后配制的混凝土，發現相同配合比的坍落度大幅度增加，但由于洗泥的過程不可避免的帶走了部分石粉，因此也出現了輕微離析和泌水現象。當前國內主要采用亞甲藍測定機制砂中的含泥量，研究表明當MB值低于某一界限（大致為規范規定的1.40）時，含泥量對混凝土強度影響不大，甚至出現強度隨MB值增大而增大的現象，但當MBV超過1.40時，隨著MB的增加，混凝土的強度大幅下降。總體來說機制砂中的含泥量超標會導致混凝土流動性變差，在工程實際應用中會不可避免的造成工人在施工中加水的情況，引起極大的質量隱患。

根據甘肅省地方標準編制組的調查，當前省內生產的機制砂堅固性都在三類混凝土標準要求范圍內，省內公路主體工程施工的配合比范圍大致在C25～C50之間，以C30～C50最多，因此進場的機制砂應符合II類混凝土用砂要求。值得注意的是部分規模較小、實力較弱的生產廠家，在生產石料時對山體覆蓋層的清理不夠徹底，導致一部分風化石料進入生產線，風化石由于強度低，在破碎時大部分進入了小料，大量夾雜在機制砂中。機制砂中風化顆粒的含量增加一方面使其外觀發紅或發黃，另一方面大量的風化顆粒吸水嚴重，導致機制砂混凝土單位用水量猛增（增加達20～40kg），嚴重影響機制砂混凝土的強度與耐久性。

當前省內大部分公路工程混凝土配合比中都摻加外加劑，對于機制砂混凝土，由于其單位用水量較河砂混凝土大，不摻加外加劑一方面使得單位用水量偏大造成混凝土泌水，另一方面會浪費大量的水泥，既不利于混凝土的強度和耐久性也不利于節能環保。實踐證明，不同廠家生產的減水劑對膠凝材料中的水泥以及細集料有不同的反應。減水劑對機制砂混凝土的影響大于河砂，主要原因是機制砂的表面微觀構造、石粉含量、含泥量對不同減水劑中的各種成分的吸附性能不同。

適宜的配合比決定了機制砂混凝土在工程中的可用性，本課題組在實際應用中發現，在機制砂混凝土配合比中，首先要有合理的單位用水量，單位用水量不足會嚴重影響機制砂的工作性能，其次應當進行試配以確定最佳砂率，砂率過大或過小都會導致混凝土工作性能不良。減水劑的摻量應確保機制砂混凝土中有足夠的用水量，在減水劑減水率較高時應降低摻量確保用水量，否則會導致混凝土坍落度滿足要求，但外觀干硬，流動性差。

機制砂混凝土在攪拌前，應嚴格測定粗細集料的含水率，本課題組各工地試驗室均在現場配備了微波爐等設備，可以在攪拌前快速得出粗細集料的含水率。

攪拌時間不足會導致混凝土處于“夾生”狀態，影響和易性，且易導致現場操作和試驗人員發生誤判而錯誤的調整配合比。

試驗人員和操作人員應在混凝土拌和過程中密切觀察混凝土的狀態，并及時與前場澆筑工作面的技術人員溝通，發現問題及時調整。

混凝土在運輸過程中發生的性能變化常常被歸咎于坍落度損失或減水劑發生后擴現場，但在實踐中發現，常有罐車司機為了防止罐口下料時堆積的混凝土在運輸過程中硬化，將車開出后或接完混凝土后即放水沖洗罐口，導致罐內混凝土水膠比改變，運輸到現場后常常發現混凝土離析，極易造成誤判，部分罐車司機在澆筑完洗罐后將洗罐水未放干凈，待下次運輸混凝土時也會導致混凝土離析泌水，導致混凝土無法澆筑只能報廢處理。

由于機制砂混凝土的流動性較河砂差，即便是各種性能都滿足的河砂混凝土，在澆筑中工人為圖省事隨意加水的情況也屢見不鮮，由于加水超標導致混凝土離析后又以混凝土不合格為由推卸責任的現象在施工現場常常出現。因此，在運輸、澆筑、養護環節，更重要的是加強施工人員管理。

Gansu Province is located in the northwest arid area. There are few rivers in Gansu Province. There are only a few rivers such as Jinghe River and Weihe River. With the decrease of river sand mining quantity， the price of river sand is rising while the quality of river sand is declining seriously， which is manifested in the excessive mud content and unqualified gradation. Driven by the economic interests， many places have used mountain sand and weathered sand as river sand. The concrete mixed with unqualified sand needs a lot of water， the slump loss is serious， the mix proportion of construction can not be controlled， and the concrete body is prone to crack， color difference and other diseases， even the strength can not meet the design requirements The project quality is affected

gradation of manufactured sand;stone powder content and mud content;firmness and weathered particle content