机制砂在混凝土中的应用

植 恒

广东基础新世纪混凝土有限公司

1 前言

近年来，随着我国工程建设的不断发展，砂的用量正不断攀升，天然砂被大量开采，导致我国可开采的天然砂资源日益枯竭。由于天然砂资源日益减少，机制砂作为一种新型建筑材料正持续进入建材市场。机制砂是经除土处理、由机械破碎、并筛分制成粒径小于4.75mm、颗粒级配稳定、可调的岩矿颗粒，但软质、风化颗粒除外。机制砂的原材料中可加入矿物废渣、建筑垃圾，减少了固体废弃物对环境造成的污染，此外，机制砂还可利用丰富的岩石资源，实现资源合理优化配置，降低工程成本，值得被大范围推广应用。

2 机制砂的特点

机制砂作为天然砂的替代品，它具备混凝土用砂的一些特性，但与天然砂有本质的区别，具体表现在以下几个方面。第一，机制砂粒形多变且不规则，表面不够细滑，颗粒粗糙，棱角多，有利于与混凝土或砂浆等砂制品中其他有效成分的紧密结合，提高成品的强度。第二，机制砂的颗粒粗细和级配都是可以随时调整和改进，以满足混凝土用砂的要求。第三，机制砂可严格控制砂中有害的泥土含量，还可添加对对混凝土有益的石粉，改善天然砂中泥土超标导致混凝土和易性差的状况。机制砂在我国得到迅速发展，国家还出具了机制砂标准，各省市纷纷以国标为依据制定了机制砂的地方标准，建筑、交通等行业也增加和修订了关于机制砂的行业标准。目前，我国建筑用砂大部分以机制砂为主。据现有的建筑数据显示，机制砂已经可配制出设计强度从C10～C70 的机制砂混凝土，配制出跨度达64m 的预应力混凝土梁。据现有实验室机制砂混凝土方面数据显示，设计强度为C100的机制砂混凝土90d实际强度达到155MPa。

3 机制砂的主要技术指标对混凝土的影响分析

混凝土是现今最大宗的建筑原材料，混凝土年产量已经超过40亿立方米，庞大的混凝土生产需要大量的砂石原材料。业内人尽皆知，我国的砂、石质量普遍较差，天然砂石不断被开采，优质天然砂石日益匮乏，砂石粒径越来越不能满足工程建设的需要，机制砂顺势而生。然而，机制砂生产的砂石含量质量不稳定，生产设备落后，生产速度跟不上建设速度，再加上混凝土生产企业管理人员认为水泥是影响混凝土质量的根本，控制住水泥质量就能控制住混凝土质量，普遍重水泥等主要胶凝材料，轻砂石，其实，混凝土中砂石质量占70%左右，是影响混凝土质量的关键。机制砂已广泛应用在混凝土结构中，但在应用中应注意以下几个问题。

3.1 颗粒级配

砂的粗细是指砂的粒径大小，砂粒径过大配成的混凝土，其拌和物的和易性不好控制，砂粒径过小配成的混凝土，其强度会显著降低。砂的级配，是指砂中不同粒径颗粒的搭配分布情况。在混凝土中砂粒之间的空隙是由胶凝材料浆体所填充的，如果砂的自然级配不合适，砂之间的空隙较大，导致凝胶材料用量攀升，混凝土性能方面也会大打折扣。

3.2 含泥量

泥常包裹在砂粒的表面，阻碍砂与水泥石之间的黏结，导致混凝土的强度大大降低，此外，泥的吸水性比砂强，拌和用水明显增加，泥的比表面积大，拌和后流动性差，泥吸水后硬度刚度都不够，耐久性也不强，泥含量多时会大大增加水泥用量，且还会引发混凝土的干缩与徐变。砂子含泥对混凝体的强度影响很大，那是因为泥质组分没有砂石本身的硬度，也不能象水泥一样遇水硬化，只能给混凝土带来一定数量的孔隙和空洞，增加了混凝土的空隙率，严重影响混凝土的强度。砂子含泥对混凝土外加剂也有一定的影响。砂子中泥质组分与混凝土胶凝材料具有一样的吸水性能，而在混凝土配合比设计时，并没有把泥质组分的吸水问题考虑进去，因此，外加剂的推荐掺量已经不能保证混凝土的流动性。为了实现混凝土预拌合物的流动性能，必须得增加凝胶材料中外加剂的实际添量，但由于含泥量、泥土吸水性能的不确定性，外加剂的掺量无法准确定量，以致混凝土的最佳效果无法保证。此外，砂子含泥对砂率影响也大，满足不了混凝土用砂的要求。混凝土配比设计时没有考虑泥土的数量问题，因此，砂子的实际掺量小于推荐掺量，混凝土预拌合物的实际砂率偏小，导致混凝土中浆体对石子的包裹性变差。含泥过多的砂子根本不能成为混凝土的合格原材料。总之，混凝土用砂含泥量应该控制在一个合理的范围内，国标GB/T 14684《建设用砂》对含泥量和泥块含量按混凝土用砂等级进行了明确规定，一些行业标准也纷纷就混凝土用砂中含泥量与泥块含量做了细化。

3.3 含水量

机制砂的合理含水量为7%±1%，如砂中含水量超标，多余水分会导致砂子出现容胀现象，在混凝土配合比设计或实际生产中，并没有考虑这些多余水分的问题，混凝土预拌混合时还是参考配合比推荐掺水量执行，以致混凝土拌合物出现离析渗水现象，工作性能变差。除此之外，砂子含水超标对混凝土预拌合物的其他成分也有影响，比如，过多水分可使外加剂被稀释，混凝土凝固后由于这些水分蒸发，外加剂会随水分挥发掉部分，致使外加剂的有效掺量减低，混凝土拌合物的流动性变差。

3.4 有害物质

砂中一些有害物质或多或少会影响混凝土的性能，比如稻草、树根、树叶、根茎、塑料、炉渣、煤渣等杂物会增加混凝土的空隙，降低混凝土的强度。砂中云母含量会大大降低混凝土的抗冻、抗渗能力，砂中硫酸盐或硫化物会大大降低混凝土的耐久性。

3.5 活性氧化硅

活性氧化硅也是混凝土用砂的重要技术指标，它们不仅会与骨料中碱性物质反应，还会外加剂中的钾、钠离子反应，导致混凝土的性能受损，因此，混凝土用砂必须专门对活性氧化硅含量进行检测，同时根据活性氧化硅含量及时采取一些补救措施，比如，可使用含碱量小的水泥，采用能抑制活性氧化硅反应的掺和料。

3.6 坚固性

砂的坚固性是指砂自身在外力作用下抵抗破坏的能力，砂坚固性质量损失率过高的话，其配制出的混凝土抗疲劳、耐磨、抗冲击、抗腐蚀、抗高温、抗高湿的能力就会大大减弱。

综上所述，在制备混凝土拌合物时，适宜选用级配良好、坚固性好、杂质含量低、有害物质少的机制砂，以保证混凝土强度。

4 改善混凝土用砂质量的措施

4.1 严格控制机制砂质量

机制砂的原材料、加工设备、加工工艺存在一定的差异，其颗粒级配、粗细、性状、石粉含量等均有很大的差别，如果也简单和凑合使用就会产生不同的效果。由于机制砂质量指标区别较大，机制砂应用过程中存在很多问题。首先，我们需要严格按照国家现有标准要求执行。其次，机制砂的各项质量指标需要按照行业标准进行检测。最后，应根据颗粒级配原理生产出高品质的机制砂。

4.2 保证机制砂颗粒级配合理

前文中提到颗粒级配良好的机制砂配制混凝土需水量小，和易性好。目前，我国利用石屑制成的人工砂很多，只要生产工艺够先进，严格控制机制砂的多项指标，生产出品质优良的机制砂，对于那些级配不合适，坚决不能迁就使用。要想达到混凝土用砂的技术要求，首先就得严格按照规定走，摒弃那些不合格的机制砂，其次，严格控制机制砂生产工艺，保证机制砂细度模数合格，颗粒级配合理，石粉用量适中。否则，就很难保证其使用效果。

4.3 正确认识和使用石粉

一些机制砂生产企业，为了使机制砂卖相可观，迎合客户的审美，私自减少石粉的使用，其实这方法是行不通的，要知道石粉在机制砂的生产中是不可避免的。许多工程实例告诉我们，合理的石粉含量对不同强度要求的混凝土都能起到有益的作用。因此，首先要正确认识到石粉添加的重要性，熟知石粉在混凝土中所起的作用。其次，严格按照国标指标添加石粉含量，合理控制石粉的添加量。最后，重视对石粉中亚甲蓝MB 值的测试，保证石粉效果最佳。

4.4 定期对机制砂库房除湿

机制砂在储存中，其内部一些吸水成分会或多或少吸收空气的水分，导致机制砂各部分含水量不一致，给混凝土设计配比带来困难。针对该问题，我们应在库房配置除湿设备，或在生产工序中增加含水率控制工序，确保机制砂的水分含量能控制在一个合理的范围内，最好是稳定可控，保证机制砂含水率均匀，防止机制砂离析渗水。

4.5 定期检测砂的技术指标

机制砂使用方验收时应至少进行颗粒级配、含泥量、泥块含量等主要技术指标的测试，当砂的进料量大时，应分批进行测试。砂在运输、储存中，应防止混入杂质，并应按砂的规格和品质分别堆放。

5 总结

混凝土是建筑行业的一个主材，混凝土拌合物的质量很关键，砂石中主要技术指标对混凝土拌合物影响很大，为了减弱砂石对混凝土拌合物的影响，我们可以采取严格控制机制砂质量、保证机制砂颗粒级配合理、正确认识和使用石粉、定期对机制砂库房除湿、定期检测砂的技术指标等措施来确保砂的质量，以满足混凝土用砂的要求。