机制砂的研究现状

袁 霞

（江苏星诚源工程咨询有限公司，江苏 淮安 223001）

1 混凝土中机制砂应用的优缺点

1.1 优点

（1）机制砂是指在专业的研磨设备中，研磨后达到一定尺寸的砂。可根据工程所用混凝土的级配要求进行调整，以满足不同的工程需求。

（2）砂体的形成机理通常与一定的角度有关，天然砂体被水侵蚀使砂体表面更加圆润，而机制砂，根据其形状特点，在混凝土中更容易与水泥等材料黏结，提高了混凝土的和易性。

（3）机器出砂方便，废弃的混凝土或碎石部分可进行再处理，实现资源再利用。从某种程度上来说，它可以降低投入成本，使其更加经济。

（4）建筑施工用机制砂采用当地材料，就地加工，就地消耗，降低了产品运输成本。

1.2 缺点

（1）0.075mm 以下的机制砂超标，不仅降低了混凝土的强度，而且使混凝土表面光滑、色泽不均，造成砂面和表面的收缩裂缝。

（2）砂体的机理是容易吸水，导致混凝土干燥振动容易释放水分，如果控制不当，容易出现渗水现象，影响混凝土外观质量。

2 石粉含量与岩性

在生产过程中，有一部分石粉是由机制砂产生的，其矿物组成与机制砂母岩相同，主要由0.04 ～0.075mm的颗粒组成，是机制砂的重要组成部分。不同的母岩直接影响石粉的性质和含量。

分别以河砂、石英砂和玄武岩为母岩，采用相同的破碎方法制备机制砂，并对其相应的性能进行了研究。结果表明，河砂粉的颗粒棱角钝化，表面光滑；石英砂磨粉颗粒锋利，棱角明显；玄武岩石粉棱角较多，且表面粗糙，需水量大。同时,考虑混凝土的强度和耐久性十分不同，河砂和机制砂的石英砂岩粉主要矿物是石英，只有当作填料，玄武岩石粉具有玻璃体包裹的活性SiO2以及Al2O3，可以溶出并发生二次火山灰反应，生存的二次水化产物可以填充于C-S-H 凝胶孔隙中，有利于基体强度的发展。

研究不同石粉含量对砂浆性能的影响。结果表明，当含量为0 ～20%时，石英粉的抗压强度逐渐增大。玄武岩粉抗压强度由0 ～15%增加，超过15%后略有下降。

3 机制砂分级及颗粒形状

机制砂的颗粒形态受机制砂母岩和破碎方式的影响。天然砂的表面光滑圆润，而机制砂颗粒表面粗糙，棱角较多。与天然砂相比，机制砂颗粒需要更多的水泥浆包封，即达到相同工作性命时，需要消耗更多的水或胶凝材料。

以灰岩为机械砂母岩，采用不同破碎方法研究得到的机制砂的颗粒形态。较为常见的破碎方法有牙轮、棒磨、锤。其中，牙轮方法破碎生产的砂粒形状最差，塑性砂粒流动最差。机械制砂是通过机械粉碎天然砂来获得相应强度和粒径的砂石,但它不适当使用机械砂细度模数代表评分,主要是因为广泛内容的差距在所有水平的混合,甚至不连续的可能性。将机制砂按照粒度是否大于1.18mm 分为两组进行对比，即Ⅰ组和Ⅱ组。Ⅰ组主要影响混凝土的渗透性，Ⅱ组主要影响混凝土的保水性和附着力。为了保证混凝土良好的工作性能，建议将I 组分和II 组分的比例调整到1 ∶2 左右。

4 机制砂亚甲基蓝值

机制砂是由岩石破碎形成，在生产过程中不可避免地将部分山体表面带入生产过程，导致机制砂中部分颗粒泥粉含量低于0.075mm。黏土粉对混凝土性能的影响不同于石粉。黏土粉一般比较细，这增加了骨料的比表面积。此外，黏土矿物通常具有高吸水性，因此当坍落度一定时，混凝土用水量随着泥浆掺量的增加而增加。小于0.005mm 的黏土颗粒比表面积大，体积不稳定，吸水膨胀，干燥收缩，因此当骨料中含有大量的黏土时，会对混凝土的强度、收缩、蠕变、抗渗性、抗冻融性和耐磨性产生不利影响。基于以上原因在《建筑用砂》（GB/T 14684-2001）中规定，使用机制砂混凝土需要使用亚甲基蓝来检测机械砂中黏土粉的含量，一般要求机制砂的MB 值小于1.4。

研究了机制砂粉含量与机制砂MB 值的关系，如图1 所示。通过观察石粉含量对机制砂MB 值的影响可以发现，当石粉含量增加，MB 值将与一个小范围逐渐增加，石粉含量每增加5%，不会增加超过0.05MB 值，也就是说，石粉对亚甲蓝的吸附是小的。因此，可以认为泥浆粉直接影响机制砂的MB 值。低强度等级的混凝土，适量的泥粉可以改善混凝土的力学性能内容，机制砂MB 值为1.1，机制砂混凝土抗压强度和抗弯强度是最好的，但当MB 值大于1.8 时，随着MB 值增大，早期混凝土抗弯强度和抗压强度显著降低，但28d 抗压强度没有明显影响；对于高强混凝土，随着机制砂MB 值的增大，混凝土的抗折强度和抗压强度在7d 时下降，而抗压强度在28d 时下降。当机制砂MB 值小于1.8 时，机制砂MB 值对混凝土的压缩弹性模量没有影响。只有当机制砂MB 值大于2.15 时，混凝的弹性模量才开始下降。最后，MB 机制砂的价值的增加将导致最初的新鲜固化塑料开裂，混凝土的收缩和开裂敏感性会增加，尤其是机制砂的MB 值大于1.45，对混凝土体积变形性能的影响更显著，混凝土体积稳定性的下降更明显。

图1 石粉含量对机制砂MB 值的影响

5 砂配比设计

通过研究机制砂/水泥比率和砂率对混凝土性能、力学性能和耐久性的影响,并总结了机制砂混凝土配合比设计参数调整规则。C30、C40 和C50 混凝土机制砂砂率是46%、44% ～42%、46% ～44%，而天然砂混凝土砂率分别提高了3%、4% ～6% 和5% ～7%。对于C30 和C40 机制砂混凝土，可以通过提高水灰比来提高混凝土的和易性。但对于C50 机制砂混凝土，考虑耐久性时应避免增加水灰比。

总结了机制砂配合比设计的5 个主要参数：耗水量、胶结材料用量、出砂率、机制砂物理性能、机制砂专用添加剂性能。此外，对C20-C40 混凝土进行了优化，得到了一些结果。

在研究机制砂掺量时，将超细砂与机械砂组合，研究不同的超细砂掺量对混合砂混凝土性能的影响，并与天然中细砂混凝土进行对比分析。通过添加0.3mm 以下的颗粒含量，可以有效地调整机制砂的颗粒分布，改善细集料的级配，满足技术规范的要求。通过研究，确定了机制砂与天然砂的最佳配比，超细砂的配比为30%～40%。但由于不同地区的原材料差异较大，砂的细度模量也不同，而机制砂的级配组成可能会影响最优混合比，因此有必要对试验进行调整，以达到最优性能。

6 机制砂在工程实施过程中的应用

在我国，混凝土结构工程中的机械砂的应用还处于初级阶段。因此，应进一步研究机制砂在高强混凝土工程中的应用。

6.1 坚固性和耐久性试验

机制砂的强度略低于河砂，但仍符合建设用砂标准。然而，在使用混凝土构件时，经常遭受摩擦冲击，除了使用添加剂外，还应控制混凝土的灰砂比和砂粒破碎指数以及石粉含量。

6.2 淤泥含量对水泥混合料性能的影响

通过水泥试验、砂浆试验、混凝土试验，发现混凝土与天然砂没有很大区别。一般来说，要保持一定的坍落度，当机制砂耗水量增加时，应考虑施工条件和运输费用等因素来保持一定的混凝土强度。用机制砂配制泵送混凝土等特殊混凝土时，应降低出砂率，以保证施工质量。

在施工过程中，碎石是混凝土结构材料的唯一组成部分，对整个工程的质量和耐久性有着决定性的影响。在砂石的各个指标满足要求的同时，应考虑所有成本，既需要保证施工的质量标准，又需要减少施工成本，因此，在缺乏足够资源的情况下，使用活性高质量细破碎机或冲击式破碎机生产机制砂混凝土不仅是可行的，而且还有显著的综合效益。最后，在机制砂的使用上可以进行建筑材料的课题研究和实验，从而积累经验。

天然砂市场需求量大，价格飞涨，利润高，最常见的砂石成为“软黄金”，刺激了砂石行业的异常繁荣。我国综合交通建设前景良好，发展空间大，机制砂是沙产业发展的趋势。集料的前景、发展空间相当大，相信集料在未来会有很好的发展，可以成为一种趋势。但在这一过程中，为了能稳定稳定、可持续发展，必须加强市场管理，减少甚至避免生产低质砂。

7 结束语

目前，机制砂混凝土在实际施工过程中应用较少，理论研究中还缺乏相关数据和指标。如收缩徐变、抗冻性、抗渗性等耐久性指标不能得到有效利用。在今后的施工过程中，有必要加强机制砂的应用，完善相关的数据指标，使其得到广泛应用。