机制砂混凝土性能研究

丁军龙，丁丽芳

（河北建设集团股份有限公司混凝土分公司，河北 保定 071000）

0 引言

机制砂是由岩石爆破破碎或采用河道砾石，经机械破碎、筛分制成的粒径小于 5mm 的颗粒。机制砂富有棱角，同样细度模数下的颗粒级配劣于天然砂，用于配制混凝土将在配合比、施工性能、力学和耐久性能等方面产生不同于天然砂混凝土的特点[1-2]。

近年来，华北地区对环境保护越来越重视，这就要求我们在工程建设过程中必须考虑对环境的保护。京津冀一体化和雄安新区的建设又使保定城市建设进入一个高速发展时期，混凝土工业资源消耗巨大，砂石料需求急剧增长，然而砂石料品质越来越差，价格却越来越高。为了缓解这一现象，利用机制砂替代天然砂越来越受到人们的重视。本文利用机制砂复合天然砂配制出混合砂用于新拌混凝土，通过对机制砂混凝土各项性能的研究，为工程实践提供参考。

1 试验研究

1.1 原材料

水泥：选用 P·O42.5 石家庄鹿泉曲寨水泥，其各项力学性能符合标准要求。

粉煤灰：保定大唐Ⅱ级粉煤灰，细度 15%。

粗骨料：满城粒径为 5～20mm 连续粒级碎石。

外加剂：保定慕湖恒源新型建材公司生产的 MZYA5 型高性能减水剂。

天然砂：满城细砂，细度模数 2.2。

机制砂：保定市清苑区旗利公司生产机制砂，石粉含量为 13.4%（公称粒径小于 0.16mm 的微粉含量）。

1.2 机制砂与天然砂混合试验

机制砂与天然砂按不同比例混合后进行筛分试验，选出颗粒级配符合规范要求的混合比例，具体数据如表1 所示。

表1 机制砂与天然砂不同比例混合筛分试验结果

由表 1 可知，A1 属于 Ⅲ 区细砂，A2 属于 Ⅲ 区中砂，A3、A4、A5 和 A6 都属于 Ⅱ 区中砂。由此表明：20% 以上机制砂调节天然砂细度模数可以将人工混合砂调为中砂，而且随着机制砂掺量的增加人工混合砂的细度模数会随之增大。依据标准 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》的规定“配制混凝土时宜优先选用Ⅱ区中砂”。因此 A3、A4 和 A5 为颗粒级配较优的人工混合砂。

1.3 新拌混凝土工作性能及力学性能试验

针对以上 6 种机制砂与天然砂混合后的人工砂进行混凝土工作性能与抗压强度试验，水胶比为 0.49，设计容重 2380kg/m3，具体试验数据如表 2 所示。

表2 人工混合砂混凝土试验结果

由表 2 可知：

和易性方面：随着机制砂掺量的逐渐增加，新拌混凝土的外加剂掺量略有提高，但初始坍落度在一定程度上还略有降低，1 小时混凝土坍落度损失也逐渐增大。其中泌水情况有所改善，粘聚性逐渐增强，混凝土实测容重（密实度）先降低后增大。由此说明机制砂能够改善新拌混凝土的和易性，但对外加剂掺量和混凝土坍落度损失方面有副作用，综合对比机制砂掺量为 60% 时混凝土工作性能最优。

强度方面：随着机制砂掺量的逐渐增加，新拌混凝土抗压强度出现了先降低后增大的现象，变化趋势与新拌混凝土的实测容重基本相同，当机制砂掺量高于 40%后抗压强度均已超过全部使用天然细砂的新拌混凝土。由此说明机制砂对强度的增长不是来源于机制砂中石灰石粉的活性，而是因为机制砂的掺入改善了混合砂的颗粒级配，进而增大了新拌混凝土的保水性和密实度，进而增大混凝土的抗压强度。

1.4 新拌混凝土耐久性能

针对以上 6 种机制砂与天然砂混合后的人工砂对比了混凝土 28 天抗碳化性能（自然状态养护）和早期抗裂性能（试件成型 30min 后立即用电扇吹试件表面），水胶比为 0.49，具体试验数据如表 3 所示。

表3 人工混合砂混凝土耐久性能试验

由表 3 可知：随着机制砂掺量的增加，使用人工混合砂的混凝土的碳化深度呈下降的趋势，变化趋势也与实测容重（密实度）基本相同，但降低幅度较小，说明机制砂对提高混凝土抗碳化性能有一定促进作用，但作用有限。然而混凝土试件的裂缝总条数和总长度会随着机制砂掺量的增加出现明显增大的现象，说明在相同条件下机制砂混凝土比天然砂混凝土更容易出现裂缝。与天然砂相比，虽然混凝土内部保水性较好，但混凝土表面失水较快，因此机制砂混凝土对养护的要求更加严格，必须在早期进行保湿养护。

2 结论

（1）以现有机制砂与天然细砂为基础，40% 及以上的机制砂调节天然砂细度模数可以将人工混合砂调为中砂，而且随着机制砂掺量的增加人工混合砂的细度模数增大。

（2）混凝土拌合物的和易性和密实度会随着机制砂掺量的增加逐渐增强，而混凝土的初始坍落度和坍落度损失则会随之变差，综合对比机制砂掺量为 60% 时工作性能最优。

（3）混凝土立方体抗压强度变化趋势与混凝土实测容重基本相同，会随着机制砂掺量的增加逐渐增大。

（4）一定程度上机制砂能提高混凝土抗碳化性能，但机制砂的掺入会降低混凝土早期抗裂性能。