机制砂与河砂混凝土性能对比研究

颜广

（厦门市集美区鸿铭建材有限公司，福建 厦门 361024）

机制砂与河砂混凝土性能对比研究

颜广

（厦门市集美区鸿铭建材有限公司，福建 厦门 361024）

本文研究了在配合比数据相同的情况下分别使用机制砂、河砂、混合砂配制了 C25、C35、C45、C60 混凝土，研究的性能指标有坍落度、扩展度、1h 坍落度经时损失、压力泌水率、强度、自然养护的碳化深度、渗水高度比，并对这些指标进行了分析和对比。经过对比分析，机制砂混凝土各项性能可以满足施工质量要求。

机制砂；机制砂混凝土；性能对比

0 前言

随着建筑市场对建筑材料的需求不断扩大，混凝土作为最基础、最大宗的建筑材料用量是巨大的，河砂作为配制混凝土最重要的地材之一，它的重要性不言而喻。但经过多年不断开采，天然河砂正在迅速减少，有的地方已经枯竭，很多地区为了保持河流及自然景观、保护河堤及生态平衡已经禁止开采。且由于枯竭和禁止开采，市场上河砂出现以次充好，淡化海砂冒充河砂等质量状况日益令人担忧。因此，研究使用机制砂配制混凝土势在必行。

机制砂质量稳定、可控、可靠。机制砂原材料均一、砂粒清洁、无泥质杂质污染，具有更好的粒形和合理的级配，能满足各类混凝土性能要求。机制砂代替天然河砂不仅具有经济效益同时还具有环境效益和社会效益。为此，混凝土工程技术人员应深入开展对机制砂混凝土性能的试验研究，为推动机制砂在我省建设工程中的实际应用做出应有的贡献。

1 原材料和配合比

1.1 水泥

漳平红狮水泥有限公司生产的 P·O42.5R 水泥 A 及福建水泥股份有限公司生产的 P·O42.5R 水泥 B，其物理、力学性能指标如表 1 所示。

表1 水泥性能指标

1.2 粉煤灰

漳州后石电厂生产的 F 类 Ⅱ 粉煤灰，45μm 筛余20.8%，需水量比 100%，烧失量 1.46%。

1.3 矿粉

三钢微矿粉（龙海）有限公司生产的 S95 级磨细矿粉，比表面积 410cm2/g，7d 活性指数 76%，28d 活性指数 98%，流动度比 101%。

1.4 粗骨料

厦门同安发发碎石场生产的 5～2 0 m m 碎石和16～31.5mm 碎石，两者按 4∶6 搭配成连续级配 5～31.5mm碎石，空隙率 42.3%。

1.5 外加剂

厦门科之杰新材料有限公司生产的 Point-S 聚羧酸高性能减水剂，推荐掺量在 1.6%～1.8%，混凝土减水率 28.7%。

1.6 细骨料

本文主要进行对比研究的两种砂。

（1）机制砂

我公司所属制砂场生产的机制砂，其物理性能见表 2。

表2 机制砂物理性能

（2）河砂

龙海产河砂，其物理性能见表 3。

表3 河砂物理性能

1.7 拌合水

拌合水使用自来水。

1.8 试验用配合比

本次试验 C25、C35 强度等级采用红狮 P·O42.5R 水泥配制；C45、C60 强度等级采用建福 P·O42.5 水泥配制。C60 采用 5～20mm 碎石配制。每编号配合比平行试验 6 次，试验结果以 6 次试验结果平均值表示。各强度等级混凝土配合比见表 4。

表4 混凝土配合比 kg/m3

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

试验结果见表 5。

表5 混凝土试验结果

2.2 试验分析

上述试验分别采用 100% 机制砂，70% 机制砂+30% 河砂，100% 河砂进行试验平行对比。各个试验指标影响情况如下。

2.2.1 机制砂掺量对强度的影响

图 1～4 分别考察了机制砂掺量对 C25、C35、C45、C60等强度的影响。从图 1～4 看出，机制砂混凝土的强度在配合比参数一致的情况下比河砂混凝土的强度略高，主要是因为机制砂颗粒是采取机械破碎的，表面较粗糙，与水泥浆混合时有着较高的握裹力，而河砂表面较圆滑，握裹力稍差。这是应用机制砂的优势之一。

图1 机制砂掺量对C25强度的影响

图2 机制砂掺量对C35强度的影响

图3 机制砂掺量对C45强度的影响

图4 机制砂掺量对C60强度的影响

2.2.2 机制砂掺量对混凝土坍落度的影响

机制砂掺量对混凝土坍落度的影响如图 5 所示。

(2) 冲击风场和常规边界层风场下，干字型输电塔的风振响应均以两个方向的一阶弯曲振型为主，扭转响应和高阶弯曲响应不显著。

图5 机制砂掺量对新拌坍落度的影响

由图 5 可知，机制砂混凝土的新拌坍落度与和易性要比同等配合比条件下的河砂混凝土略差。由于天然河砂颗粒形状趋向圆形，表面较圆滑，所以表现出较好的和易性、流动性。这是机制砂应用面临的问题，在实际应用中可通过配合比参数和提高减水剂性能解决。如适当提高用水量、砂率，提高减水剂的增稠效果等。

2.2.3 机制砂掺量对混凝土扩展度的影响

机制砂掺量对混凝土扩展度的影响如图 6 所示。从图 6知，C35、C60 强度等级使用河砂配制的扩展度比使用机制砂配制的扩展度要大，C45 强度等级基本保持一致，C25 强度等级使用机制砂配制的扩展度比使用河砂配制的扩展度要大些。总体上使用河砂配制的扩展度要比机制砂配制的扩展度略大，因为河砂混凝土的和易性、流动性比机制砂混凝土的和易性、流动性要好，故其扩展度也相应略好些。

图 6 机制砂掺量对扩展度的影响

2.2.4 机制砂掺量对混凝土 1h 经时坍落度损失的影响

机制砂掺量对混凝土 1h 经时坍落度损失的影响，试验结果见图 7。

图7 机制砂掺量对坍落度 1h 经时损失的影响

由图 7 可知，C25、C35、C60 强度等级使用机制砂配制的混凝土坍损均比使用河砂配制的混凝土坍损要大些，C45强度等级使用机制砂配制的混凝土坍损均比使用河砂配制的混凝土坍损要小。总体上来讲，使用机制砂配制的混凝土坍损要比使用河砂配制的混凝土坍损要大些，是因为机制砂的吸水率要比河砂的大，在配制混凝土后对外加剂有一定的吸附作用，因此外加剂的保坍效果将会减弱。对于这点，在机制砂应用时可以适当提高外加剂掺量予以克服。

2.2.5 机制砂掺量对混凝土压力泌水率的影响

机制砂掺量对混凝土压力泌水率的影响试验结果见图8。由图 8 可知，使用机制砂配制的混凝土压力泌水率和使用河砂配制的混凝土压力泌水率相比较并无明显的差异规律。因为机制砂的石粉含量一般控制在 3.5%～6.0%，有较好的保水性。再者，压力泌水率的大小与外加剂和胶凝材料的适应性有很大的关系，与机制砂的使用并无直接关系。通常在使用机制砂配制混凝土时，偶尔出现离析、泌水比较严重的现象，但究其原因均是外加剂超掺或外加剂与胶凝材料不适应所致。

图8 机制砂掺量对压力泌水率的影响

2.2.6 机制砂掺量对混凝土 28d 自然养护强度的影响

机制砂掺量对混凝土 28d 自然养护强度的影响，试验结果见图 9。

图9 机制砂掺量对自然养护 28d 强度的影响

由图 9 可知，使用机制砂配制的混凝土自然养护 28d 强度和使用河砂配制的混凝土自然养护 28d 强度相比较并无明显的差异规律。混凝土自然养护强度的发展主要受环境温度、湿度、配合比参数的影响，和机制砂的使用并无直接关系。

2.2.7 机制砂掺量对混凝土自然养护碳化深度的影响

机制砂掺量对混凝土自然养护碳化深度的影响，试验结果见图 10。

图10 机制砂掺量对碳化深度的影响

由图 10 可知，使用机制砂配制的混凝土自然养护碳化深度和使用河砂配制的混凝土自然养护碳化深度相比较并无明显的差异规律。混凝土自然养护碳化深度主要受环境的温度、湿度、配合比参数、CO2浓度、构件拆模时间、养护情况等因素影响，和机制砂的使用并无直接关系。

2.2.8 机制砂掺量对混凝土渗水高度的影响

机制砂掺量对混凝土渗水高度的影响。试验结果见图11。

图11 机制砂掺量对渗水高度的影响

由图 11 可知，使用机制砂配制的混凝土渗水高度和使用河砂配制的混凝土渗水高度相比较并无明显的差异规律。混凝土渗水高度主要受水胶比、矿物掺合料掺量、养护情况、材料质量等因素影响，和机制砂的使用并无直接关系。

3 结论

（1）机制砂混凝土拌合物性能在相同配合比参数的情况下比河砂混凝土新拌性能略差，但基本满足施工质量要求。同时也可以采取调整配合比参数和使用高性能减水剂的措施提高拌合物的施工性、和易性从而满足施工要求。

（2）机制砂混凝土硬化性能在相同配合比参数的情况下与河砂混凝土硬化性能无明显差异，个别性能如强度则比河砂混凝土略高。

[1] 张承志．商品混凝土[M]．化学工业出版社，2006,6．

[2] JGJ 55-2011．普通混凝土配合比设计规程[S]．

[3] GB/T 50082-2009．普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准[S]．

［通讯地址］福建省厦门市集美区后溪大道 1637 号（361024）

颜广（1982-），男，厦门市集美区鸿铭建材有限公司主持混凝土技术管理工作。