機制砂特性對混凝土性能的影響研究

高志堅

（福建龍石建材有限公司）

0 引言

混凝土產業是建材行業中經濟規模和潛在規模較大的產業，混凝土、水泥和骨料三位一體，密不可分，水泥和骨料的產業發展情況將對混凝土產業造成直接的影響。根據中國水泥網水泥大數據研究院數據統計，2018 年全國砂石骨料新投產產能2.52 億噸。隨著建筑行業的高速發展，引發天然砂資源的嚴重匱乏，天然砂資源供應已不能滿足當前混凝土的需要，因此機制砂的使用已成為一種必然趨勢。

近年來，基于機械工藝生產的機制砂用量逐步增加，其占砂使用總量比例已超過50%。相比于天然砂，機制砂原料充足，城市建筑廢料和礦山尾礦也可開發成機制砂原料，其應用已成為現代混凝土未來發展的主要趨勢。但機制砂級配不良，粒形不規整，石粉含量波動較大，其中的黏土含量同樣存在波動[1]，導致混凝土粘度更大、流動性損失快,減水劑摻量高，在高流動性混凝土中易發生離析泌水，施工性較差[2]。本試驗通過測試機制砂的顆粒級配、MB 值、壓碎值對混凝土性能的影響，合理調整混凝土配合比，提高混凝土質量，為使用機制砂配制混凝土提供參考。

1 試驗及工作性測試方法

1.1 原材料

⑴水泥：福建龍巖某水泥股份有限公司產的42.5級普通硅酸鹽水泥，其性能指標見表1。

表1 水泥的物理力學性能

⑵碎石：漳州某石料廠產花崗巖碎石，有5～31.5mm 連續粒級，碎石具體性能指標見表2。

表2 碎石檢驗結果

⑶砂：機制砂，其性能指標見表3。

表3 機制砂的物理性能

⑷減水劑：科之杰福建公司生產Point-400S 聚羧酸系高性能減水劑，減水率18.4%，7d 及28d 抗壓強度比分別為148%、141%，28d 收縮率比為89%。

1.2 試驗方法

機制砂性能測試按照GB/T14684-2011《建設用砂》進行。

新拌混凝土的工作性能其檢驗方法按GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。

混凝土抗壓強度試驗按GB/T 50081-2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定的方法進行評價，試塊尺寸為150mm×150mm×150mm。

2 試驗結果及分析

2.1 機制砂顆粒級配對混凝土性能的影響

選取強度等級為C30 的混凝土配合比，對比S1、S2兩種機制砂配制的混凝土拌合物的性能及抗壓強度，并確定合理砂率，具體見表4、表5。

表4 機制砂S1的混凝土性能

表5 機制砂S2 的混凝土性能

從表4 分析可以看出，包裹性方面砂率在47%時最好，28d 抗壓強度方面45%砂率最好，綜合和易性及抗壓強度情況S1 的合理砂率為46%。

從表5 分析可以看出，和易性方面評價砂率在45%、46%時最好，28d 抗壓強度方面評價44%砂率最好，綜合和易性性及抗壓強度情況S2 的合理砂率為45%。

結合S1、S2 合理砂率情況的差異，對比S1、S2 各指標的差異，見表6、圖1。

表6 S1、S2 的物理性能

圖1 S1、S2 分計篩余

S2 的細度模數大于S1 而合理砂率低于S1，從圖1可以看出，S1 的級配存在“中間多兩頭少”的特點，S2 的級配合理性相比S1 更合理些，所以S2 合理砂率低于S1。

混凝土用砂時如只關注細度模數而忽略了顆粒級配，對于混凝土拌合物性能的影響較大，同樣細度模數的砂，不同的級配對于混凝土砂率、減水劑摻量都存在較大影響，因此需綜合考慮砂的細度模數及顆粒級配。

2.2 機制砂MB 值對混凝土性能的影響

機制砂材質的變化會影響機制砂的吸附性，MB 值的大小可以準確反饋吸附量，機制砂中的泥粉對于MB值的影響較大，將MB 控制在合理范圍內，就能有效控制混凝土質量。

機制砂S1 與S3 的物理性能如表7 所示，結合機制砂S1 與S3 的MB 值差異，分析機制砂MB 值對于混凝土性能的影響。S1 與S3 混凝土摻量對比見圖2，機制砂S1 與S3 的抗壓強度對比見圖3。

圖2 S1 與S3 混凝土摻量對比

圖3 S1 與S3 的抗壓強度對比

通過圖2 可以看出，S3 在不同砂率中的摻量明顯高S1。機制砂MB 值≤1.4 時，機制砂含粉以石粉為主，機制砂MB 值＞1.4 時，機制砂含粉以泥粉為主。

結合表7 性能對比可以看出，S3 的MB 值為3.3，S1的MB 值為1.2，S3 中MB 值＞1.4，含粉以泥粉為主，因此對外加劑摻量的影響較為明顯，使用S3 配制混凝土時應提高外加劑摻量。

表7 S1、S3 的物理性能

從圖3 可知：

⑴S1 在合理砂率為46%左右時抗壓強度值最好；

⑵S3 隨著砂率增加抗壓強度逐步降低，S3 與S1 對比，S3 的MB 值＞1.4，隨著砂率的增加，含泥量越高，對強度的影響越大，因此在使用機制砂時應控制砂MB 值，降低對抗壓強度的影響。

2.3 機制砂壓碎指標對混凝土性能的影響

機制砂是由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石顆粒，但不包括軟質巖、風化巖石的顆粒，機制砂的堅固性采用壓碎指標法進行試驗評價。

機制砂S1 與S4 的物理性能如表8 所示。機制砂S1 與S4 的壓碎值有較明顯差異，對比機制砂壓碎值對于混凝土性能的影響，機制砂S1 與S4 的抗壓強度見圖4。

結合表8 與圖4 可以看出：S4 的壓碎值為12.8%，優于S1，其余指標相當；在抗壓強度方面，S4 在3d、7d、28d 抗壓強度均優于S1,說明機制砂的壓碎值對于混凝土抗壓強度有著較大影響，壓碎值越低，抗壓強度越高。

圖4 S1 與S4 的抗壓強度對比

表8 S1、S4 的物理性能

在使用機制砂配制混凝土時，為更好控制混凝土強度，應關注機制砂的壓碎值，結合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》有效控制機制砂壓碎值，提高混凝土質量。

3 結論

⑴機制砂級配通過試配可知S2 合理砂率低于S1，因為S2 級配分布較為均勻。所以使用機制砂配制混凝土時，不應只關注細度模數而忽略了顆粒級配，需綜合考慮砂的細度模數及顆粒級配，合理調整，配制出良好質量的混凝土。

⑵機制砂S1 與S3 對比可知，機制砂中的MB 值宜控制在≤1.4 時，可有效控制外加劑摻量，且對于抗壓強度影響較低，亦可降低含泥量對于混凝土耐久性的影響[3]。

⑶機制砂S1 與S4 相比，機制砂的壓碎值對于混凝土抗壓強度有著較大影響，壓碎值越低，抗壓強度越高。