淺析機(jī)制砂在混凝土應(yīng)用中的研究進(jìn)展

樊曉旭

陜西交通建設(shè)集團(tuán)公司，中國·陜西 西安 711400

1 引言

混凝土作為目前使用最廣泛的建筑材料，已有超過了100年的歷史[1]。在混凝土的生產(chǎn)發(fā)展歷程中，河砂等天然資源起著至關(guān)重要的作用。然而，隨著中國推進(jìn)新城鎮(zhèn)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，建筑在新建、修復(fù)過程中的使用不斷消耗，資源的日益匱乏。同時，天然砂石的過度開采造成了河岸塌陷和植被流失等問題，大大影響著生態(tài)環(huán)境，中國對相關(guān)天然砂石的開采進(jìn)行了管控。為了解決相關(guān)問題，建筑行業(yè)慢慢采用機(jī)制砂來替代混凝土中的部分或全部天然砂石，并將制成的混凝土稱為機(jī)制砂混凝土[2]。機(jī)制砂可以根據(jù)使用要求加工成不同規(guī)格，更能滿足日常工程需求[3]。目前，針對機(jī)制砂混凝土的研究已經(jīng)成為一個非常重要的方向，也成為很多相關(guān)學(xué)者的研究重點。

2 機(jī)制砂

與天然形成的砂石相比，機(jī)制砂則通過專業(yè)制砂設(shè)備加工而成，具有成品更規(guī)則、規(guī)格更易控制的特點。同時，機(jī)制砂具有原料充足，生產(chǎn)率高、成本較低、經(jīng)濟(jì)環(huán)保和產(chǎn)量大等優(yōu)點，當(dāng)其中石粉含量在一定范圍內(nèi)時還能增強(qiáng)混凝土的密實性。但機(jī)制砂也存在一些問題，如級配不合理、產(chǎn)品顆粒形貌不好、多棱角、針片狀顆粒較多、石粉含量不好控制等。對于機(jī)制砂，石粉和級配是可以人工調(diào)節(jié)的，而且適量的石粉對機(jī)制砂配制混凝土的性能是有益的。如何改進(jìn)生產(chǎn)工藝，優(yōu)化機(jī)制砂產(chǎn)品質(zhì)量，也是目前應(yīng)當(dāng)思考的問題[3]。

3 機(jī)制砂混凝土

與普通混凝土相比，機(jī)制砂混凝土中的砂石采用了機(jī)制砂。機(jī)制砂混凝土的研究和應(yīng)用可大大緩解天然砂石過度開采對環(huán)境造成的壓力。目前，機(jī)制砂混凝土在商用混凝土的使用中，比重日益增大[4]。各國學(xué)者對機(jī)制砂混凝土的力學(xué)特性、耐久性、結(jié)構(gòu)的受力性能進(jìn)行了理論分析和試驗研究。本小節(jié)對機(jī)制砂的石粉含量和MB值對混凝土各項性能的影響進(jìn)行簡要概述。

3.1 石粉含量

石粉含量對機(jī)制砂混凝土的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能等都有著不同程度影響[5]。

工作性能方面，石粉含量在一定范圍內(nèi)，增加石粉的含量可以提高砂混凝土的工作性能。以C30混凝土為例，15%的石粉含量使混凝土具有更好的工作性能，而對于C40混凝土，10%的石粉含量則能使其具有更好的工作性能，對于C60混凝土，工作性能更好時，石粉含量為5%[6]。這是因為更高等級的混凝土所含有的膠凝材料更多，而石粉對更高等級的混凝土在粘聚性和離析泌水上影響更小。

抗壓強(qiáng)度方面，石粉含量較低時，混凝土的抗壓強(qiáng)度與石粉含量成正相關(guān)。C30混凝土中，砂石粉最佳含量在20%左右，對于C40和C60混凝土，最佳含量分別是10%和8%。

干燥收縮率和早期抗裂性能等方面，C30和C40混凝土的最大干縮率時的石粉含量都為10%，對于C60混凝土則為8%；機(jī)制砂混凝土早期抗裂能力與石粉含量成負(fù)相關(guān)趨勢，石粉含量越高，機(jī)制砂混凝土早期抗裂能力越低，而且機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度等級越高，混凝土的早期抗裂能力越低。

3.2 MB值

機(jī)制砂MB值是國標(biāo)確定機(jī)制砂中所含細(xì)粉為石粉還是泥粉的一個重要指標(biāo)。機(jī)制砂MB值通過亞甲藍(lán)試驗確定，是確定機(jī)制砂中泥粉等含量的重要指標(biāo)，影響著機(jī)制砂混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度、抗裂性、干縮等各項性能[7]。

工作性能方面，在機(jī)制砂生產(chǎn)過程中，泥塊被機(jī)械破碎引起的震動以及破碎后的砂顆粒之間的相互擠壓成泥粉。泥粉顆粒較細(xì)，比表面積較大，吸水性較強(qiáng)，在相同用水量時，隨著泥粉含量的增加，混凝土實際用水量將減少，從而影響混凝土的工作性能。

抗壓強(qiáng)度方面，對于C30混凝土，3天、7天、28天抗壓強(qiáng)度都是隨著機(jī)制砂MB增大呈先增大后減小的趨勢，但是增加或者減小的幅度較小。對于C60混凝土，MB值對混凝土的影響規(guī)律和C30類似。

抗裂方面，C30混凝土的裂縫開裂面積和單位面積的總開裂面積都是隨著MB值的增大呈先減小后增大的趨勢，拐點出現(xiàn)在MB值等于1時。而C60混凝土的裂縫開裂面積和單位面積的總開裂面積隨著MB值的增大一直增大，并且較C30混凝土更大。

混凝土的干縮方面，機(jī)制砂MB值對混凝土影響較大，對強(qiáng)度等級高的影響更大[8]。以C30、C60為例，兩者的干縮都是隨著MB值和齡期增大而增大。C30混凝土的干縮在1到28天的增長速率最快，當(dāng)MB值為0.3和4.65時，其28天干縮值分別為315×10-6和349×10-6；對于C60混凝土，干縮在1～14天的變化速率是最快的，其整體收縮值要比C30混凝土大。

4 結(jié)語

中國基礎(chǔ)建設(shè)不斷發(fā)展的同時，機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用大大減小了不斷開采天然資源對于生態(tài)環(huán)境的壓力。在機(jī)制砂應(yīng)用的過程中，應(yīng)清晰、全面地認(rèn)識機(jī)制砂與天然砂的不同，材料特性的準(zhǔn)確表征至關(guān)重要。同時，培養(yǎng)專業(yè)化生產(chǎn)設(shè)計理念，優(yōu)化機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)從業(yè)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)，大大提高機(jī)制砂的生產(chǎn)質(zhì)量，才能促進(jìn)機(jī)制砂混凝的可持續(xù)發(fā)展。