蘭州地區機制砂在混凝土中的應用探討

張莉莉 趙山 田澍龍

（甘肅第六建設集團股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

改革開放以來，我國發展迅速的經濟帶動著基礎設施建設的快速發展，對混凝土的需求量總體上一直呈上升趨勢，與混凝土相伴的砂的消耗量也是居高不下。目前我國大多數地區所用砂為天然砂，但隨著基礎建設規模的不斷加大，天然砂資源日益減少，混凝土用砂矛盾需求日益突出，迫切需求有新的替代天然砂的材料，機制砂自然成為最佳的選擇。本文將蘭州地區機制砂用于混凝土的配制，設計配制比例，研究了機制砂的性能及其對混凝土性能的影響，為蘭州地區機制砂的應用提供參考。

1 機制砂混凝土的技術要求

使用機制砂生產的混凝土同樣要滿足設計強度，并且耐久性符合要求，運輸中坍落度損失應在合理控制范圍之內，在施工現場保證正常泵送和澆筑。具體要求如下：

（1）雜質會影響混凝土的穩定性，因此用于混凝土的機制砂應經過清洗、篩分等流程，不可含有雜質；

（2）如果是尾礦破碎生產的機制砂用于混凝土，需要符合安全的相關規范，且應在生產時著重注意粉塵對空氣的污染等環保問題；

（3）混凝土用砂標準中對砂子按照不同粒度分為粗砂、中砂、細砂和特細砂四種級別，用于混凝土的機制砂需要按照標準對其細度模數的劃分進行選擇；

（4）用于混凝土的砂表觀密度≥2500kg/m3，砂子堆積密度≥1400kg/m2。總體來說，不管是什么原料生產的機制砂均應符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的要求，如果砂中雜質含量較大，可以選擇洗砂機清洗過濾雜質。

2 混凝土原材料的選取

（1）水泥

根據混凝土凝結時間、強度、變形性和耐久性等方面的要求，本著經濟合理的原則，宜優先選用C3S含量高，C3A含量低于8%的普通硅酸鹽水泥。在保證強度的前提下，所選水泥還需滿足質量穩定、需水量低、流動性好、活性較高等要求。本研究選用祁連山P·O42.5級散裝水泥，其性能指標如表1所示。

表1 P·O42.5水泥的性能指標

（2）粗骨料

粗集料的性能對混凝土的性能有較大影響，其中最主要的是集料的強度與界面的黏結力，以及骨料的物理性能和化學成分。粗集料的顆粒強度、針片狀顆粒含量、含泥量及最大粒徑等也是高強高性能混凝土強度和性能的控制因素，選用蘭州雁灘5~25mm碎石，其性能指標如表2所示。

表2 粗骨料性能指標

（3）外加劑

外加劑宜選擇減水率高、坍落度損失小、適量引氣、低收縮率比的高性能減水劑。由于石粉含量的存在以及機制砂破碎面吸水等因素，機制砂混凝土用水量往往比天然砂混凝土大，使用減水率高的減水劑可以減少用水量，強度得到保障，同時也降低了水泥用量，節約了成本。另外，機制砂由碎石破碎而得，棱角比較多，混凝土中骨料之間的摩擦阻力大，在保證強度的前提下可使用適量的引氣外加劑，一定程度上提高混凝土骨料之間的潤滑性，從而提高混凝土的流動性等。根據要求選用蘭州地區偉業公司所生產的聚羧酸高性能減水劑，高性能減水劑其性能指標如表3所示。

表3 聚羧酸高性能減水劑指標

（4）摻合料

粉煤灰顆粒為珠狀體，機制砂混凝土摻入粉煤灰可以提高拌和物的保水性、粘聚性等性能，減少泌水，提高抗離析能力，保持混凝土良好的勻質性。同時機制砂配比中膠凝材料用量相對提高，也可降低成本。選用西固電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，其性能指標如表4所示。

表4 粉煤灰性能的指標

（5）拌和水

采用飲用水，水中不得含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質，pH值應≥4。

（6）機制砂

選取甘肅建投礦業公司生產的機制砂，各項試驗參數見表5~10。根據表5試驗數據得機制砂細度模數U=3.2、含石量1.0%；根據表6試驗數據得機制砂總壓碎值Y=25.7%。

表5 機制砂篩分試驗數據

表6 機制砂壓碎值試驗數據

表7 機制砂石粉含量試驗數據（亞甲藍法）

表8 機制砂吸水率試驗數據

表9 機制砂密度試驗數據

表10 膠砂強度對比試驗數據

3 混凝土配合比設計

（1）根據選定的原材料進行試驗，優化混凝土的各項性能，最終確定滿足設計要求的施工混凝土。以C30為依據進行配合比設計（見表11）。

表11 C30機制砂混凝土配合比

（2）該配合比經大量平行試驗，其基本工作性能見表12。

表12 C30混凝土性能

（3）配合比的確定及強度對比（見表13）。

表13 試配配比及強度對比試驗數據

以上試驗表明，在科學的配比設計下，機制砂拌制混凝土的坍落度與基準保持一致，和易性良好，無泌水、抓地、離析、分層等現象，各項指標良好。

4 結束語

目前，機制砂混凝土與天然砂混凝土相比，在性能方面還有所差別，尤其是高性能、高強度混凝土的研制情況，還需要進一步改善，比如砂率、石粉含量，是否摻用礦物細摻料及摻量的多少等，并沒有取得實質性進展。同時，由于機制砂質地粗糙，表面棱角分明，導致混凝土的流動性較差。此外，在制備高強混凝土時，需要大量的膠凝材料，除了石粉以外，還需要添加硅粉以提升混凝土的強度，但是，隨著石粉含量的增加，需水量也相應增大，進而增加了混凝土的黏度，這樣，將直接影響混凝土各方面的性能，給工程施工帶來諸多不利影響。

機制砂的各項性能指標是決定機制砂混凝土質量的基礎，因此在生產過程中必須嚴格控制機制砂質量，特別是石粉含量、壓碎指標這兩個主要指標；現階段由于推廣面小，對機制砂混凝土缺乏認識，必須加強對機制砂混凝土的試配研究，優化機制砂配合比的設計。總的來說，機制砂用于混凝士中既可以緩解天然砂資源的不足，又可以帶來巨大的經濟效益及環保效益，機制砂混凝土將成為以后主要的發展方向。