机制砂在我国基础设施建设中的应用

我国经济的快速发展，带动了基础设施的大规模建设高潮。砂石是混凝土的主要成分，占比达80%左右。按原料来源可分为河砂（包括湖砂）、海砂、山砂等天然砂和机制砂，长久以来，我国建筑所用的砂石主要是河砂。近年来，由于砂价格暴涨，造成砂盗采现象严重。盗采砂造成河道千疮百孔，对河道生态、防洪、航道安全等造成巨大破坏。机制砂被业内普遍认为是河砂的替代品且优势明显。本文主要介绍了机制砂和机制砂混凝土的特点及其应用前景。

1 机制砂应用发展现状

机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径＜4.75mm的岩石颗粒。机制砂原料充足，只要有石头的地方就可以生产机制砂，城市建筑废料和矿山尾矿也可开发成机制砂原料。相较于河砂，使用高品质机制砂能更好地控制建筑质量。稳定而低廉的价格是机制砂最大优势。

在美、英、日等发达国家，应用机制砂作为混凝土细骨料的历史已超过30 a，在各种建筑工程中应用比较普遍，关于机制砂的材料与试验、使用标准已相当完善。而我国在建筑方面采用机制砂从20世纪60年代已经起步。1973年国家建委在贵州省召开了机制砂在混凝土中应用的论证会，通过建材业和建筑业的经验交流，肯定了研究成果并制定了《机制砂混凝土技术规程》。自此，机制砂的应用范围得以扩大，由建筑行业扩大到公路、铁路、水电、冶金等系统。

但纵观国内外研究现状，机制砂的应用与研究仍然存在明显不足。主要表现在2方面。

1）机制砂标准不统一。外国标准对机制砂技术指标有明确规定的有美国ASTMC33-2001、日本JISA 5005：1993、澳大利亚的 AS2758.1-1998、英国 BS882：1992和 CENBS EN12620：2002以及法国的 NF P18-540：19970。我国一些标准也对机制砂的技术指标做了相应规定如GB/T 14684—2001《建筑用砂》、JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》、DL/T 5144—2001《水工混凝土施工规范》、JTGTB07-01—2006《公路工程混凝土结构防腐技术规范》、TB 10005—2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》、JGJ/T 241—2011《人工砂混凝土应用技术规程》，JTG/TF 50—2011《公路桥涵施工技术规程》等。解读各标准和规范发现，对机制砂技术指标规定不同之处主要有母岩的要求、机制砂级配的划分，特别是机制砂中石粉含量的限值问题。

2）机制砂对混凝土性能的影响研究不充分。机制砂的主要质量指标有石粉含量及细度、表观密度、空隙率、细度模数、级配曲线等。其中石粉含量、级配曲线对混凝土性能的显著影响存在较大分歧。机制砂中石粉对混凝土的工作性、强度、耐久性和体积稳定性都有影响，这些影响因研究者、选材、研究对象、出发点不同得出的结论也不同。在石粉对混凝土工作性影响研究方面，有石粉对工作性的影响利弊的分歧和最佳工作性时石粉含量的限值不同等结论。机制砂的级配是由制砂设备和工艺决定的。在实际工程中，用满足天然砂的级配要求的机制砂，配制出的混凝土离析泌水严重，这使人们对机制砂的使用存有疑虑。有的学者认为细集料级配标准只适合球形颗粒，不适合非球形的机制砂，按照细集料的规范未必能配制出工作性好的混凝土。

2 机制砂对混凝土性能的影响

1）机制砂对混凝土工作性的影响。石粉是机制砂对混凝土工作性影响最显著的部分之一。但是许多研究人员关于石粉对机制砂混凝土工作性影响方面的结论不一致。一部分学者认为：石粉的比表面积有相对很大，会增大拌和混凝土的用水量，相同用水量条件下，混凝土比较干稠，和易性差。另一部分认为：石粉混凝土工作性影响存在一个最佳石粉含量，在最佳石粉含量内，石粉含量越大工作越好，超过了最佳石粉含量，石粉越多工作性反而下降。

机制砂级配对混凝土的工作性有很大影响。机制砂的粒级分布不均匀会导致拌和物工作性差。研究表明采用连续分布的粒级得到的拌和物有更好的工作性。外国学者P.N Quiroga研究了不同机制砂级配对混凝土流动性的影响，结果表明不同级配对流动性影响很大，坍落度最高差别达到175mm。

2）机制砂对混凝土力学性能的影响。优良的机制砂取代河砂配制出的混凝土强度高几乎已是不争的事实。一般从机制砂粒型、石粉含量、级配等方面来研究机制砂对混凝土力学性能的影响。

机制砂形状尖锐、质地粗糙可以增加浆体和集料间的互锁效应，从而提高强度，特别是抗折强度。另外集料表面的纹理对强度也有显著的影响。

石粉对机制砂混凝土力学性能的影响主要表现石粉的填充作用和石粉对混凝土的水化反应的影响，石粉的填充作用对混凝土中集料和浆体界面过渡区有影响。石粉含量为5%时，机制砂混凝土强度最大，可以明显改善混凝土的孔隙特征，改善水泥基体和集料界面过渡区结构并且对混凝土的晶相也有所改变。石粉含量10%的混凝土28 d抗折强度比不掺石粉提高了10%；石粉含量30%的混凝土抗折强度较对比样则下降了10%。

机制砂的级配对混凝土强度的影响主要是通过影响工作性来影响硬化后混凝土的力学性能。原则上说级配好的集料和级配差的集料均可以拌制出符合强度要求的混凝土，但是级配好的集料对于提高硬化混凝土的强度更有利。

3）机制砂对混凝土耐久性的影响。机制砂的粒型和级配对混凝土的耐久性会产生一定的影响。其石粉的减水效应、密实效应和水化效应对混凝土的耐久性有很大影响。

大量研究表明良好的粒型配制出的混凝土工作性更加优异，比起粒型差的机制砂达到相同的工作性可以减少水泥的用量和用水量，从而减少混凝土中的孔隙，减少收缩，增强混凝土的耐久性。

石粉可以改善机制砂混凝土易离析泌水的缺点，改善水泥浆与骨料的过渡区，细化甚至隔断混凝土的毛细孔，提高混凝土的抗渗性。机制砂中的石粉可以提高集料的有效堆积，阻止在水泥水化过程中毛细孔道的形成，提高混凝土的抗渗性。

3 结语

在国家政策的支持下，机制砂近年来发展迅猛。据中国砂石协会统计，机制砂市场占有率从2003年不到10%增长至2013年的49%，总产量超过20亿t。未来随着国家政策的进一步落实，机制砂的发展将迎来更大的发展空间，这就要求有关部门加大监管力度，淘汰落后工艺，保障高质量机制砂的生产，满足现代混凝土工艺的要求。

[1]刘娟红，宋少民.绿色高性能混凝土技术与工程应用[M].北京：中国电力出版社，2011.

[2]蔡基伟.石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉理工大学，2006.

[3]王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉理工大学，2008.