机制砂质量及机制砂混凝土性能试验分析

（中铁二局第五工程有限公司，四川成都 610000）

传统的工程建设中，天然砂是混凝土拌和的重要原材料，但受供应量有限、价格上涨等多重因素的作用，其应用优势逐步减弱，而机制砂的应用频率则有所提高，可取代天然砂。机制砂的质量受多方面的影响，包含母材的岩性、制砂工艺等方面，在原材料取材不合理或工艺缺乏可行性时，均易影响机制砂的质量[1-2]。

1 试验

1.1 原材料

水泥：42.5级普通硅酸盐水泥，3 d抗压强度26.5 MPa、28 d抗压强度49.9 MPa；粗骨料：碎石，5～25 mm连续级配；细集料：天然中砂TS1、天然特细砂TS2、机制砂（碎屑）JS1、机制砂（整形）JS2、机制砂（碎屑）JS3、机制砂JS4以及混合砂HS1、HS2、HS3；粉煤灰：F类Ⅱ级；矿粉：S95矿粉；水：自来水。

1.2 试验方法

以天然砂和机制砂为基础展开试验与对比分析，制作混凝土试块，重点考虑力学性能、收缩性等关键指标，从而对天然砂和机制砂的质量情况作出判断。

1.3 混凝土配合比设计

胶凝材料和水用量、砂率维持恒定，试验期间持续调整减水剂的用量，及时检测混凝土的坍落度，使该指标被控制在（200±10）mm区间内。具体的配比情况如表1所示。

表1 混凝土配合比

2 试验结果及分析

2.1 机制砂性能

全面保证机制砂的质量是扩宽其应用范围、提高应用水平的重要途径，从高性能混凝土生产的角度来看，为满足整体质量要求，需按比例掺入高品质机制砂。对此，从市面上选取53家机制砂生产企业，经抽样后以《建设用砂》（GB/T 14684—2011）为依据展开检测与对比分析，以确定机制砂的质量情况。经对比分析得知：机制砂细度模数的分布主要分为四个部分，其中细度模数在3.2～3.3 区间的占比达45.3%；在2.7～3.0区间的有15家，占比28.3%；细度模数在3.1～3.7区间的达37家，占比69.8%。此外，细度模数为3.8的为1家，占比1.9%。根据该分布规律可知，机制砂普遍以粗砂的形式为主。机制砂的表观密度均≥2 500 kg/m3，占比较大的分布区间为2 610～2 700 kg/m3，占71.7%；从堆积密度的角度来看，以1 400～1 600 kg/m3为主要集中区间，占比高达84.9%，有部分在1 400 kg/m3以内，但占比较小，仅为7.5%。在所分析的53家机制砂样品中，孔隙率≤44%的占比较大，共29家，占比54.7%；剩余的24家机制砂样品则存在不同程度的空隙率问题，但均未满足《建设用砂》关于机制砂空隙率的要求。总体来看，石粉含量普遍较低，有1家机制砂难以满足规范中有关于石粉含量的要求。

在所分析的53家机制砂样品中，具有细度模数较高的特点，粗砂占总量的69.8%；与《建设用砂》对比分析，在表观密度、堆积密度方面基本可达到现阶段的要求，空隙率具有偏高的特点，此项指标达标的样品数量占总量的43.4%。

2.2 混凝土力学性能

制作边长为150 mm的试模，用于制作混凝土试样，脱模后采取标准养护措施，直至其达到龄期为止，组织抗压强度试验，汇总具体结果如表2所示。

表2 混凝土抗压强度试验结果

结合表1、表2，通过对比分析后可知，在水胶比一致的前提下，为同时满足坍落度要求，应用机制砂或混合砂生产混凝土时，所需的减水剂用量均高于天然砂混凝土，究其原因与机制砂的表观质量有关，其具有多棱角的特点，表面粗糙度相对较大，而天然砂的表面普遍呈现出椭球状，相对而言更为光滑，从而决定各自在减水剂掺量方面的差异性。

基于机制砂或混合砂制得的混凝土具有较高的抗压强度（在不同龄期中均是如此），其普遍高于基于天然砂而制得的混凝土，相较之下又以整形砂和天然细砂两类材料的应用效果较佳，以此为基础材料制得的混凝土，其抗压强度更高。

通过机制砂或混合砂的应用，有利于在较大幅度上提高混凝土的抗压强度，主要与机制砂的表观质量有关，其存在较多的棱角，在与水泥石接触后可以形成较强的机械啮合力，而机制砂内部的石粉还具有填充作用，可以有效进入混凝土的孔隙中，从而提高其密实性，避免混凝土内部质量不足的情况。

在混合砂混凝土中60 d抗压强度较高，后续的90 d抗压强度偏低，意味着在60～90 d的龄期内抗压强度呈减小的变化趋势，关于此现象的原因，认为主要与混合砂混凝土早期收缩较大有关，其存在相对较多的微裂缝，从而使抗压强度有所降低。

制作混凝土试样，脱模后采取标准养护措施，直至其达到龄期为止。应用渗水高度法、电通量法、非接触法，目的在于展开试验与分析，分别确定混凝土在抗水渗透性、抗氯离子渗透性和收缩性方面的具体情况，结果如表3所示。

表3 混凝土渗水高度、电通量试验结果

根据表3展开分析，就渗水高度指标而言，以天然砂、机制砂JS4为材料配制所得混凝土在此方面具有一致性，均为2 mm，以混合砂HS1、HS2、HS3为材料配制所得混凝土的该指标依次为3、2、4 mm，由此可见，在混凝土配制过程中若采用天然砂、机制砂JS4，所得的混凝土在抗水渗透性方面的表现较佳。

此外，从电通量的角度来看，天然砂混凝土处于中间状态，相比于三种混合砂混凝土而言均较低，而相比于机制砂JS4的混凝土而言略有提高，增加幅度达到3.1%。

分析机制砂混凝土收缩率变化可知，混凝土成型全过程中，初期伴有微膨胀现象，且以天然砂、混合砂HS1两类材料制得的混凝土较为显著；在龄期逐步延长之下，收缩率具有加大的变化特点。从收缩率的角度来看，相比于混合砂混凝土，天然砂混凝土的该指标相对较低，但高于机制砂混凝土。

利用机制砂JS4配制混凝土后，抗水渗透性能、抗氯离子渗透性、收缩性，其表现均优于天然砂混凝土，而采用三种混合砂后所得的混凝土在此方面则劣于天然砂混凝土。究其原因，天然砂TS1和机制砂JS4两类材料均属于中砂的范畴，其具有粗细适中且级配良好的特点，而机制砂JS4还含有较为丰富的石粉，因此有利于解决其他材料中混凝土孔隙较多的问题，制得的混凝土具有更良好的密实性，自然在抗水渗透性能等方面有所改善。试验中所提的三种机制砂均属于粗砂的范畴，形态方面呈薄片状，能够与天然特细砂充分混合，虽然能够实现对级配的优化，但并未完全满足理想级配要求，因此在抗水渗透性等方面的表现欠佳。

3 结论

（1）经取样试验与分析后可知，机制砂的细度模数和空隙率相对较高，同时机制砂的表观密度、堆积密度、石粉含量均达标。

（2）在水胶比一致的前提下，减水剂掺量方面具有机制砂及混合砂混凝土更多的特点，同时两者的抗压强度较高，天然砂混凝土在该指标的表现均欠佳。

（3）机制砂内含有较丰富的石粉，该部分可有效优化混凝土的结构，从而提高抗水渗透、抗氯离子渗透和收缩性能；而在利用机制砂生产混凝土时，需要充分考虑到机制砂的性能特点，合理控制用量（完全取代天然砂，或是两者按特定的比例混合），以保证混凝土具有较好的综合性能。

4 结语

综上所述，机制砂的生产及应用能够解决天然砂供应不足、价格偏高的问题，扩宽了建筑工程领域对于原材料的采购途径。文章以机制砂及其配制所得的混凝土为对象，分析质量情况，希望所提的内容可提供参考。