浅谈机制砂对混凝土质量的影响

吕锦辉

甘肃省地处西北干旱地区，境内河流稀少，仅有的泾河、渭河等河流流量较少，河砂的形成条件先天发育不良。随着河砂开采数量的减少，其价格在上涨的同时质量却发生严重下滑，具体表现在含泥量超标、级配不合格等。在经济利益的驱使下，不少地方出现了采用未经水洗的山砂和风化砂冒充当河砂的情况，采用上述不合格砂拌制的混凝土需水量大，现场坍落度损失严重，现场施工配合比无法控制，浇筑的混凝土实体易出现裂缝、色差等病害，甚者强度无法满足设计要求，严重影响了工程质量。

机制砂的级配;石粉含量与含泥量;坚固性与风化颗粒含量

 

甘肃省内的机制砂破碎工艺主要有三种，一种是直接将碎石生产的底料整形或不整形筛分后得到机制砂，这样生产的机制砂大部分为反击破或锤破砂，少部分为圆锥破生产的辊压砂，第二种是添加了圆锥破作为细碎的砂石联产生产线，这样生产的机制砂大部分为辊压砂，第三种是采用V7干法砂石联产工艺附带空气筛整形筛分工艺，这样生产的砂大部分为传统意义上的冲立砂。国内已有机制砂的生产工艺对质量影响的研究表明：机制砂的长径比与圆度较大，针片状颗粒较多，反击破生产的长径比较小，依次是辊压砂、锤破砂和冲立砂，天然砂的粗糙度最小，而辊压砂和锤破砂最多。机制砂的生产工艺是影响机制砂质量的关键。研究显示，当母岩相同时，采用冲立砂配制的混凝土流动性比辊压砂好，这是由于冲立砂大部分采用石打铁或石打石工艺生产，而辊压砂是将石料在两个辊之间挤压破碎得到，因此冲立砂的表面粗糙度较小，颗粒较圆润。在相同的配合比条件下，冲立砂的强度也高于其他工艺机制砂混凝土的强度。

根据甘肃省地方标准编制组与本课题组的调查，甘肃省内生产的机制砂级配全部处于1区和2区，无3区砂。试验结果显示绝大多数的机制砂0.3～1.18mm颗粒少，尤其以0.6mm颗粒最明显，1.18～4.75mm粗颗粒和0.075mm以下粉料多，级配体现出两头多中间少的特点。干法生产的机制砂粉料较多但级配较为合理，而湿法生产的机制砂粉料较少且级配较差。对于机制砂级配优劣，可以采用筛分试验法判断，国内研究指出可以采用堆积密度试验法与坍落状态观察法，级配较好的机制砂其堆积密度较大，坍落状态接近河砂的机制砂其级配较好。

国内在石粉含量与含泥量對机制砂混凝土性能的影响方面已有大量的研究，且结论也较一致。

由于石粉在混凝土中起到填充和为水泥水化结晶提供晶核的作用，一定含量的石粉对于混凝土的和易性和强度均有改善和提高作用。研究显示，对于C30、C40等水胶比较大的混凝土，石粉的最佳含量在15%左右，而对于C50、C60等水胶比较小的混凝土，胶凝材料用量较多的混凝土，石粉的最佳含量在10%左右，当然前提都是MBV要合格。过少的石粉含量会导致单位用水量较大的混凝土出现离析和泌水现象，一旦浇筑后的混凝土出现大量泌水，则不可避免的会出现表面干缩裂缝，因此低标号混凝土应适当选用石粉含量较高的机制砂，否则应在混凝土中超量掺加一部分矿物掺合料;对于高标号混凝土，一方面混凝土的单位用水量较小，另一方面混凝土中的胶凝材料较多，因此过多的石粉反而会吸附水分导致流动性变差，造成混凝土干硬。

当机制砂中的泥含量超标时，由于泥土中含有大量能够强吸附减水剂聚羧酸分子的成分，因此导致水泥颗粒吸附的减水剂数量减少，减水剂则不能充分发挥分散作用，因此泥的增加从实质上降低了减水剂的减水率。相关研究人员采取将泥洗去后配制的混凝土，发现相同配合比的坍落度大幅度增加，但由于洗泥的过程不可避免的带走了部分石粉，因此也出现了轻微离析和泌水现象。当前国内主要采用亚甲蓝测定机制砂中的含泥量，研究表明当MB值低于某一界限（大致为规范规定的1.40）时，含泥量对混凝土强度影响不大，甚至出现强度随MB值增大而增大的现象，但当MBV超过1.40时，随着MB的增加，混凝土的强度大幅下降。总体来说机制砂中的含泥量超标会导致混凝土流动性变差，在工程实际应用中会不可避免的造成工人在施工中加水的情况，引起极大的质量隐患。

根据甘肃省地方标准编制组的调查，当前省内生产的机制砂坚固性都在三类混凝土标准要求范围内，省内公路主体工程施工的配合比范围大致在C25～C50之间，以C30～C50最多，因此进场的机制砂应符合II类混凝土用砂要求。值得注意的是部分规模较小、实力较弱的生产厂家，在生产石料时对山体覆盖层的清理不够彻底，导致一部分风化石料进入生产线，风化石由于强度低，在破碎时大部分进入了小料，大量夹杂在机制砂中。机制砂中风化颗粒的含量增加一方面使其外观发红或发黄，另一方面大量的风化颗粒吸水严重，导致机制砂混凝土单位用水量猛增（增加达20～40kg），严重影响机制砂混凝土的强度与耐久性。

当前省内大部分公路工程混凝土配合比中都掺加外加剂，对于机制砂混凝土，由于其单位用水量较河砂混凝土大，不掺加外加剂一方面使得单位用水量偏大造成混凝土泌水，另一方面会浪费大量的水泥，既不利于混凝土的强度和耐久性也不利于节能环保。实践证明，不同厂家生产的减水剂对胶凝材料中的水泥以及细集料有不同的反应。减水剂对机制砂混凝土的影响大于河砂，主要原因是机制砂的表面微观构造、石粉含量、含泥量对不同减水剂中的各种成分的吸附性能不同。

適宜的配合比决定了机制砂混凝土在工程中的可用性，本课题组在实际应用中发现，在机制砂混凝土配合比中，首先要有合理的单位用水量，单位用水量不足会严重影响机制砂的工作性能，其次应当进行试配以确定最佳砂率，砂率过大或过小都会导致混凝土工作性能不良。减水剂的掺量应确保机制砂混凝土中有足够的用水量，在减水剂减水率较高时应降低掺量确保用水量，否则会导致混凝土坍落度满足要求，但外观干硬，流动性差。

机制砂混凝土在搅拌前，应严格测定粗细集料的含水率，本课题组各工地试验室均在现场配备了微波炉等设备，可以在搅拌前快速得出粗细集料的含水率。

搅拌时间不足会导致混凝土处于“夹生”状态，影响和易性，且易导致现场操作和试验人员发生误判而错误的调整配合比。

试验人员和操作人员应在混凝土拌和过程中密切观察混凝土的状态，并及时与前场浇筑工作面的技术人员沟通，发现问题及时调整。

混凝土在运输过程中发生的性能变化常常被归咎于坍落度损失或减水剂发生后扩现场，但在实践中发现，常有罐车司机为了防止罐口下料时堆积的混凝土在运输过程中硬化，将车开出后或接完混凝土后即放水冲洗罐口，导致罐内混凝土水胶比改变，运输到现场后常常发现混凝土离析，极易造成误判，部分罐车司机在浇筑完洗罐后将洗罐水未放干净，待下次运输混凝土时也会导致混凝土离析泌水，导致混凝土无法浇筑只能报废处理。

由于机制砂混凝土的流动性较河砂差，即便是各种性能都满足的河砂混凝土，在浇筑中工人为图省事随意加水的情况也屡见不鲜，由于加水超标导致混凝土离析后又以混凝土不合格为由推卸责任的现象在施工现场常常出现。因此，在运输、浇筑、养护环节，更重要的是加强施工人员管理。

Gansu Province is located in the northwest arid area. There are few rivers in Gansu Province. There are only a few rivers such as Jinghe River and Weihe River. With the decrease of river sand mining quantity， the price of river sand is rising while the quality of river sand is declining seriously， which is manifested in the excessive mud content and unqualified gradation. Driven by the economic interests， many places have used mountain sand and weathered sand as river sand. The concrete mixed with unqualified sand needs a lot of water， the slump loss is serious， the mix proportion of construction can not be controlled， and the concrete body is prone to crack， color difference and other diseases， even the strength can not meet the design requirements The project quality is affected

gradation of manufactured sand;stone powder content and mud content;firmness and weathered particle content