分選機制砂對混凝土性能影響試驗分析

宋健民，宋 斌

（1.浙江廣天構件集團股份有限公司，浙江 寧波 315020；2.寧波港建混凝土有限公司，浙江 寧波 315020）

0 引言

從整體視角來看，砂石骨料是開展混凝土作業工程中必不可少的元素材料，其整體質量及供應條件與工程建設質量、成本造價等息息相關。為了在根本上控制石粉含量保障混凝土質量，本文主要對分選前機制砂混凝土和分選后機制砂混凝土展開對比試驗探究，進一步掌握分選機制砂對混凝土性能的影響效果。

1 機制砂的使用現狀

現階段，在混凝土工程項目中有效替代河砂的材料通常為機制砂。機制砂主要指的是運用專業碎石機械對其展開一系列破碎加工和篩分處理，進而獲取符合項目標準或粒徑維持在5mm范圍內的碎石微粒。對于混凝土機制砂運用措施來說，使用頻率較高的主要體現為按比例或全部替代河砂，進一步在根本上處理河砂成本過高或數量不足等弊端問題。從整體視角來看，機制砂的優勢特點體現在石粉含量較高。機制砂在受到機械設備的深入處理后，顆粒凸顯出不規則等基本狀態，而且機制砂的表面積與河砂相比更大一些。另外，機制砂的黏結程度較高，石質堅硬。但因一些設計施工及監理單位對混凝土項目運用機制砂并沒有形成良好的認知，單純認為混凝土性能會在機制砂的影響下不斷下降，進而對機制砂的廣泛運用造成了阻礙性作用。另外，因機制砂的加工生產通常在山區或尾礦等位置，所以在運輸方面凸顯出一定的難度系數，也在一定程度上對混凝土生產單位使用機制砂的積極性造成負面影響。所以，在根本上對機制砂在混凝土性能影響方面展開進一步探究分析，并在此前提條件下科學掌控質量標準，可以在根本上擴大機制砂應用范圍，對于機制砂的優化選擇起到了不可忽視的價值效用。

2 分選機制砂對混凝土性能影響試驗基本內容

2.1 原材料及配合比控制

在試驗當中所運用的原材料涉及強度42.5的普通硅酸鹽水泥、高性能減水劑和高效引氣劑等。在使用各類原材料前，需要通過一系列檢驗審核措施確保其滿足國家政府所推行的規范標準及技術要求[1]。

2.2 分選工藝

從整體視角來看，石粉的選礦措施通常由礦石中礦物的組成、嵌部基本特點及賦存狀態等加以決定，現如今，通常采用重選、磁選、手選和浮選等多樣化方法及工工藝展開科學分選。一般情況下，各產業領域中所運用的石粉分選技術通常體現為磁選法、形狀選、螺旋選等等。在充分考慮多種外界因素的條件下，結合環境保護和經濟成本等可以看出，浮選法和磁選法去除機制砂中所含石粉的方案缺乏足夠實用性與科學，因此不予考慮。在此情況下，運用重選法可以在根本上凸顯出一定的合理性，其整體分選原理較為簡單，成本消耗量也在標準范圍內，可以作為石粉分選方法后續探索方向。從整體目光來看，以水作為分選核心要素的水洗法可以在濕法生產砂石加工系統當中凸顯出良好的優勢作用，而以空氣為介質的風選法更適用于干法生產的砂石加工系統當中。砂石加工系統工藝流程如圖1所示。

圖1 砂石加工系統工藝流程

2.2.1 制砂設備

立軸沖擊式破碎機是一種使用頻率較高的制砂機械設備，呈現出結構合理、拆卸便捷、破碎速度快等優勢特點。一般情況下，破碎機的出料力度通常維持在3～8范圍內，出料粒度細小且均勻，而且機械設備零部件的使用期限相對較長，易損件數量過少，可以為后續維護保養工作提供更多有利的條件。轉子離心式破碎制砂機便是一種立軸沖擊式破碎機，其是一款攜帶立軸的高性能破碎機，主要功能體現為立方體物料制砂、物料破碎、制砂、分級等內容，一臺機械設備便可以獲取石料破碎整形和制砂的基本效果。在實際應用期間，其自身的生產能力由30～40t/h區間依次遞增。制砂環節中的最大處理量維持在300t/h左右，成砂率達到含量50%以上，破碎工藝通常以“石打鐵”和“石打石”等原理為核心要素，進而獲取顯著及高破碎比的骨料粒形。除此之外，其所破碎的物料凸顯出粒形圓潤、咬合性良好等優勢特點，在根本上提升混凝土的整體強度，適用于港口、橋梁及高速鐵路等工程項目當中。BHS公司RSMX系列制砂機所運用的石打石破碎原理可以在一定程度上將磨損效果降低至最小化，在實際運行環節中，物料的各個顆粒均可以在符合項目標準的雙腔式轉子中實現科學旋轉，并在相同時間甩向方向一致的反擊板位置。一般情況下，反擊板通常由砂床和環形襯板等部分組建而成，通過轉子和殼體的最大化尺寸設計可以在根本上防止出現堵塞問題，篩選科學適宜的旋轉速度可以在根本上對最終效果帶來影響[2]。超細碎德國BHS制砂機如圖2所示。

圖2 超細碎德國BHS制砂機

2.2.2 風選設備

PL型瀑流式選粉機是一種靜態類選粉機，內部并不存在過多的傳動零件，通常由一系列階梯型柵板等結構組建而成。當分選的物料以梯形完全瀉落在梯級表層上后，梯級上會有分選氣流不斷通過，在此情況下，氣流便會將含有石粉的吸粉從物料當中加以剝離，最后將其合理運輸至細粉出口位置處。通過調節分選氣流可以在根本上精準控制細粉與粗料的分布狀況和流動速度。除此之外，在實際分級階段中，結團物料往往會在梯級等位置產生碰撞行為，然而在此設備的應用下可以在短時間內將結團物料進行打散處理，進而提升整體分選效率。砂石加工系統與石粉風選工藝的進一步融合，采用石粉風選+細粒篩分的加工技術可以在根本上生成符合標準規范的機制砂。在充分考慮地區氣候條件和發展特點的前提下，砂石加工系統需要優先運用干法生產技術和全封閉措施，進而將機制砂的含水率降低至最小化，以此來達到相應的環境保護基本目標。

2.3 試驗類型

2.3.1 干縮性能試驗

一般情況下，機制砂混凝土干縮性能試驗當中，相關工作人員需要制作100mm×100mm×515mm的棱柱體試件，并結合相關文件《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》等標準內容開展一系列試驗分析。總的來說，干縮是致使混凝土表層結構出現開裂現象的根本原因，所以需要對分選機制砂對混凝土干縮性能影響展開深入探究是十分必要的[3]。

2.3.2 耐久性能試驗

相關工作人員需要結合《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》內容對混凝土的耐久性展開深入探究，因機制砂密度比河砂更大一些，因受到石粉的填充作用，導致混凝土的孔隙率不斷降低，所以有利于提升混凝土的受壓變形程度。

3 分選機制砂對混凝土性能的影響

3.1 工作性能影響

與天然砂相比可以看出，機制砂的表層結構凸顯出粗糙、棱角數量多等特點，而且含有大量石粉材質，一般情況下，機制砂混凝土的坍落度較少，增加石粉含量可以在根本上優化并調整混凝土的泌水效果和粘聚程度，進而為混凝土后續的澆筑成型打下良好的基礎。通過深入探究分析機制砂中低于0.08mm石粉對混凝土拌合物性能帶來的影響，可以看出石粉是一種顆粒細小的惰性摻合料，石粉可以在根本上增加混凝土細顆粒整體數量，有效拓寬固體比的表面積，有效減小泌水性及離析效果，在一定程度上優化并完善了混凝土的和易性。通過研究類型不一機制砂對混凝土流動性、泵送性的影響來看，機制砂的級配差異化往往會對混凝土坍落度帶來不同層次影響，最大化差值高達175mm。當運用機制砂部分替代河砂后開展混凝土配置工作后，發現當不投入外加劑的前提條件下，機制砂取代河砂后完成配置的混凝土會在一定程度上降低各項性能水準，然而通過對高校外加劑的借助，混合砂混凝土的各項性能可以獲得大幅度提升和明顯改善。在相同的外部條件和因素影響效果下，配置統一坍落度的混凝土當中，機制砂往往比天然河砂的需水量升高10～20kg/m3左右。

3.2 力學性能影響

運用機制砂所制備的混凝土力學性能通常高于天然砂所配置的混凝土。據相關調查研究可以看出，機制砂中所含石粉在水泥水化階段中往往會凸顯出晶核等作用效果，進而在根本上誘導水泥的水化產物在此情況下實現全面析晶，加速水泥水化的基礎上形成水化碳鋁酸鈣，有效規避鈣礬石朝向單硫型水化硫鋁酸鈣進一步轉化。另外，機制砂增強混凝土的根本原因在于石粉可以顯著優化混凝土的孔隙結構，前面改善水泥漿和集料結構，促使混凝土的晶相發生一定改變。從整體視角來看，石粉含量的提升可以在根本上強化低強度混凝土的整體硬度，但是會降低高強度等級混凝土的自身強度。另外，機制砂的物理特性和具體形狀會在根本上增加集料與漿體彼此間的互鎖效果，有效提升混凝土的抗壓性[4]。

3.3 耐久性影響

一般情況下，混凝土的耐久性良好與否通常對項目總體質量產生不可忽視的影響，所以，混凝土的耐久性始終是廣大人民群眾密切關注的關鍵指標。機制砂表面粗糙，可以與漿體實現高效黏結，而且機制砂中所具備的大量石粉可以在根本上填充孔隙漏洞，切實提高混凝土綜合密實程度。與此同時，機制砂中的石粉可以在根本上加快C3S的水化反應，并與C4AF、C3A等發生化學反應形成結晶水化物，進一步優化水泥石的孔隙結構，全面提升其自身的抗滲性能。通過一系列實驗證明，在大水灰比的條件下，隨著石粉含量的進一步增長，砂漿的抗滲性能會隨之降低。在較小水膠比狀態下，石粉含量的增加會在根本上提升砂漿抗滲性。另外，石粉對混凝土的抗凍性產生不利效果，然而隨著石粉含量的增加，機制砂混凝土的抗凍程度也會不斷降低[5]。

3.4 硬化物性能影響

一般情況下，對于混凝土力學性能的實驗成果來看，規定時間范圍內的軸拉強度比值、抗壓強度比值和極限拉伸值等均維持在95%以上。分選前和分選后的機制砂對泵送混凝土力學性能所帶來的影響效果不夠顯著，產生此種現象的根本原因在于項目所采用的石粉分選工藝為分選出機制砂中的游離石粉，機制砂中的微石粉通常儲存與機制砂的石粉內部，這些微石粉雖然粒徑相對較小，但仍然會在砂漿范圍內形成一定規格的薄弱面。因此，其對混凝土的抗壓強度、軸拉強度和極限拉伸值等均會造成不同層次的影響。通過混凝土的抗滲性試驗來看，當混凝土的含氣量維持在3%～4%范圍內，運用花崗巖為核心的混合料棒磨機制砂配置的混凝土在經過多次凍融循環狀態下，其自身動彈性模量會降低至起初的35.4%左右，僅達到F50的抗凍性能，運用分選后花崗巖為核心要素的混合料棒磨機制砂所配置的混凝土經過一系列凍融處理后彈性模量會降低至初始值的76.2%，在根本上符合抗凍等級設計規范標準，這也因為石粉自身的形狀和光滑程度與水泥漿粘結性能較差等原因，分選前花崗巖為主的混合料機制砂中的石粉含量相對較高，致使滲入石粉片中的孔隙水在凍融交替試驗階段中加速破壞作用。混凝土抗壓強度標準值如表1所示。

表1 混凝土抗壓強度標準值

4 結語

綜上所述，隨著我國工程建設事業的快速發展，混凝土的需求量不斷增大，砂石材料作為混凝土的核心組成部分，其自身質量與項目工程的綜合質量存在較大的關聯性，因此相關單位需要結合實際情況嚴格按照具體規范標準開展各項試驗活動。