分选机制砂对混凝土性能影响试验分析

宋健民，宋 斌

（1.浙江广天构件集团股份有限公司，浙江 宁波 315020；2.宁波港建混凝土有限公司，浙江 宁波 315020）

0 引言

从整体视角来看，砂石骨料是开展混凝土作业工程中必不可少的元素材料，其整体质量及供应条件与工程建设质量、成本造价等息息相关。为了在根本上控制石粉含量保障混凝土质量，本文主要对分选前机制砂混凝土和分选后机制砂混凝土展开对比试验探究，进一步掌握分选机制砂对混凝土性能的影响效果。

1 机制砂的使用现状

现阶段，在混凝土工程项目中有效替代河砂的材料通常为机制砂。机制砂主要指的是运用专业碎石机械对其展开一系列破碎加工和筛分处理，进而获取符合项目标准或粒径维持在5mm范围内的碎石微粒。对于混凝土机制砂运用措施来说，使用频率较高的主要体现为按比例或全部替代河砂，进一步在根本上处理河砂成本过高或数量不足等弊端问题。从整体视角来看，机制砂的优势特点体现在石粉含量较高。机制砂在受到机械设备的深入处理后，颗粒凸显出不规则等基本状态，而且机制砂的表面积与河砂相比更大一些。另外，机制砂的黏结程度较高，石质坚硬。但因一些设计施工及监理单位对混凝土项目运用机制砂并没有形成良好的认知，单纯认为混凝土性能会在机制砂的影响下不断下降，进而对机制砂的广泛运用造成了阻碍性作用。另外，因机制砂的加工生产通常在山区或尾矿等位置，所以在运输方面凸显出一定的难度系数，也在一定程度上对混凝土生产单位使用机制砂的积极性造成负面影响。所以，在根本上对机制砂在混凝土性能影响方面展开进一步探究分析，并在此前提条件下科学掌控质量标准，可以在根本上扩大机制砂应用范围，对于机制砂的优化选择起到了不可忽视的价值效用。

2 分选机制砂对混凝土性能影响试验基本内容

2.1 原材料及配合比控制

在试验当中所运用的原材料涉及强度42.5的普通硅酸盐水泥、高性能减水剂和高效引气剂等。在使用各类原材料前，需要通过一系列检验审核措施确保其满足国家政府所推行的规范标准及技术要求[1]。

2.2 分选工艺

从整体视角来看，石粉的选矿措施通常由矿石中矿物的组成、嵌部基本特点及赋存状态等加以决定，现如今，通常采用重选、磁选、手选和浮选等多样化方法及工工艺展开科学分选。一般情况下，各产业领域中所运用的石粉分选技术通常体现为磁选法、形状选、螺旋选等等。在充分考虑多种外界因素的条件下，结合环境保护和经济成本等可以看出，浮选法和磁选法去除机制砂中所含石粉的方案缺乏足够实用性与科学，因此不予考虑。在此情况下，运用重选法可以在根本上凸显出一定的合理性，其整体分选原理较为简单，成本消耗量也在标准范围内，可以作为石粉分选方法后续探索方向。从整体目光来看，以水作为分选核心要素的水洗法可以在湿法生产砂石加工系统当中凸显出良好的优势作用，而以空气为介质的风选法更适用于干法生产的砂石加工系统当中。砂石加工系统工艺流程如图1所示。

图1 砂石加工系统工艺流程

2.2.1 制砂设备

立轴冲击式破碎机是一种使用频率较高的制砂机械设备，呈现出结构合理、拆卸便捷、破碎速度快等优势特点。一般情况下，破碎机的出料力度通常维持在3～8范围内，出料粒度细小且均匀，而且机械设备零部件的使用期限相对较长，易损件数量过少，可以为后续维护保养工作提供更多有利的条件。转子离心式破碎制砂机便是一种立轴冲击式破碎机，其是一款携带立轴的高性能破碎机，主要功能体现为立方体物料制砂、物料破碎、制砂、分级等内容，一台机械设备便可以获取石料破碎整形和制砂的基本效果。在实际应用期间，其自身的生产能力由30～40t/h区间依次递增。制砂环节中的最大处理量维持在300t/h左右，成砂率达到含量50%以上，破碎工艺通常以“石打铁”和“石打石”等原理为核心要素，进而获取显著及高破碎比的骨料粒形。除此之外，其所破碎的物料凸显出粒形圆润、咬合性良好等优势特点，在根本上提升混凝土的整体强度，适用于港口、桥梁及高速铁路等工程项目当中。BHS公司RSMX系列制砂机所运用的石打石破碎原理可以在一定程度上将磨损效果降低至最小化，在实际运行环节中，物料的各个颗粒均可以在符合项目标准的双腔式转子中实现科学旋转，并在相同时间甩向方向一致的反击板位置。一般情况下，反击板通常由砂床和环形衬板等部分组建而成，通过转子和壳体的最大化尺寸设计可以在根本上防止出现堵塞问题，筛选科学适宜的旋转速度可以在根本上对最终效果带来影响[2]。超细碎德国BHS制砂机如图2所示。

图2 超细碎德国BHS制砂机

2.2.2 风选设备

PL型瀑流式选粉机是一种静态类选粉机，内部并不存在过多的传动零件，通常由一系列阶梯型栅板等结构组建而成。当分选的物料以梯形完全泻落在梯级表层上后，梯级上会有分选气流不断通过，在此情况下，气流便会将含有石粉的吸粉从物料当中加以剥离，最后将其合理运输至细粉出口位置处。通过调节分选气流可以在根本上精准控制细粉与粗料的分布状况和流动速度。除此之外，在实际分级阶段中，结团物料往往会在梯级等位置产生碰撞行为，然而在此设备的应用下可以在短时间内将结团物料进行打散处理，进而提升整体分选效率。砂石加工系统与石粉风选工艺的进一步融合，采用石粉风选+细粒筛分的加工技术可以在根本上生成符合标准规范的机制砂。在充分考虑地区气候条件和发展特点的前提下，砂石加工系统需要优先运用干法生产技术和全封闭措施，进而将机制砂的含水率降低至最小化，以此来达到相应的环境保护基本目标。

2.3 试验类型

2.3.1 干缩性能试验

一般情况下，机制砂混凝土干缩性能试验当中，相关工作人员需要制作100mm×100mm×515mm的棱柱体试件，并结合相关文件《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》等标准内容开展一系列试验分析。总的来说，干缩是致使混凝土表层结构出现开裂现象的根本原因，所以需要对分选机制砂对混凝土干缩性能影响展开深入探究是十分必要的[3]。

2.3.2 耐久性能试验

相关工作人员需要结合《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》内容对混凝土的耐久性展开深入探究，因机制砂密度比河砂更大一些，因受到石粉的填充作用，导致混凝土的孔隙率不断降低，所以有利于提升混凝土的受压变形程度。

3 分选机制砂对混凝土性能的影响

3.1 工作性能影响

与天然砂相比可以看出，机制砂的表层结构凸显出粗糙、棱角数量多等特点，而且含有大量石粉材质，一般情况下，机制砂混凝土的坍落度较少，增加石粉含量可以在根本上优化并调整混凝土的泌水效果和粘聚程度，进而为混凝土后续的浇筑成型打下良好的基础。通过深入探究分析机制砂中低于0.08mm石粉对混凝土拌合物性能带来的影响，可以看出石粉是一种颗粒细小的惰性掺合料，石粉可以在根本上增加混凝土细颗粒整体数量，有效拓宽固体比的表面积，有效减小泌水性及离析效果，在一定程度上优化并完善了混凝土的和易性。通过研究类型不一机制砂对混凝土流动性、泵送性的影响来看，机制砂的级配差异化往往会对混凝土坍落度带来不同层次影响，最大化差值高达175mm。当运用机制砂部分替代河砂后开展混凝土配置工作后，发现当不投入外加剂的前提条件下，机制砂取代河砂后完成配置的混凝土会在一定程度上降低各项性能水准，然而通过对高校外加剂的借助，混合砂混凝土的各项性能可以获得大幅度提升和明显改善。在相同的外部条件和因素影响效果下，配置统一坍落度的混凝土当中，机制砂往往比天然河砂的需水量升高10～20kg/m3左右。

3.2 力学性能影响

运用机制砂所制备的混凝土力学性能通常高于天然砂所配置的混凝土。据相关调查研究可以看出，机制砂中所含石粉在水泥水化阶段中往往会凸显出晶核等作用效果，进而在根本上诱导水泥的水化产物在此情况下实现全面析晶，加速水泥水化的基础上形成水化碳铝酸钙，有效规避钙矾石朝向单硫型水化硫铝酸钙进一步转化。另外，机制砂增强混凝土的根本原因在于石粉可以显著优化混凝土的孔隙结构，前面改善水泥浆和集料结构，促使混凝土的晶相发生一定改变。从整体视角来看，石粉含量的提升可以在根本上强化低强度混凝土的整体硬度，但是会降低高强度等级混凝土的自身强度。另外，机制砂的物理特性和具体形状会在根本上增加集料与浆体彼此间的互锁效果，有效提升混凝土的抗压性[4]。

3.3 耐久性影响

一般情况下，混凝土的耐久性良好与否通常对项目总体质量产生不可忽视的影响，所以，混凝土的耐久性始终是广大人民群众密切关注的关键指标。机制砂表面粗糙，可以与浆体实现高效黏结，而且机制砂中所具备的大量石粉可以在根本上填充孔隙漏洞，切实提高混凝土综合密实程度。与此同时，机制砂中的石粉可以在根本上加快C3S的水化反应，并与C4AF、C3A等发生化学反应形成结晶水化物，进一步优化水泥石的孔隙结构，全面提升其自身的抗渗性能。通过一系列实验证明，在大水灰比的条件下，随着石粉含量的进一步增长，砂浆的抗渗性能会随之降低。在较小水胶比状态下，石粉含量的增加会在根本上提升砂浆抗渗性。另外，石粉对混凝土的抗冻性产生不利效果，然而随着石粉含量的增加，机制砂混凝土的抗冻程度也会不断降低[5]。

3.4 硬化物性能影响

一般情况下，对于混凝土力学性能的实验成果来看，规定时间范围内的轴拉强度比值、抗压强度比值和极限拉伸值等均维持在95%以上。分选前和分选后的机制砂对泵送混凝土力学性能所带来的影响效果不够显著，产生此种现象的根本原因在于项目所采用的石粉分选工艺为分选出机制砂中的游离石粉，机制砂中的微石粉通常储存与机制砂的石粉内部，这些微石粉虽然粒径相对较小，但仍然会在砂浆范围内形成一定规格的薄弱面。因此，其对混凝土的抗压强度、轴拉强度和极限拉伸值等均会造成不同层次的影响。通过混凝土的抗渗性试验来看，当混凝土的含气量维持在3%～4%范围内，运用花岗岩为核心的混合料棒磨机制砂配置的混凝土在经过多次冻融循环状态下，其自身动弹性模量会降低至起初的35.4%左右，仅达到F50的抗冻性能，运用分选后花岗岩为核心要素的混合料棒磨机制砂所配置的混凝土经过一系列冻融处理后弹性模量会降低至初始值的76.2%，在根本上符合抗冻等级设计规范标准，这也因为石粉自身的形状和光滑程度与水泥浆粘结性能较差等原因，分选前花岗岩为主的混合料机制砂中的石粉含量相对较高，致使渗入石粉片中的孔隙水在冻融交替试验阶段中加速破坏作用。混凝土抗压强度标准值如表1所示。

表1 混凝土抗压强度标准值

4 结语

综上所述，随着我国工程建设事业的快速发展，混凝土的需求量不断增大，砂石材料作为混凝土的核心组成部分，其自身质量与项目工程的综合质量存在较大的关联性，因此相关单位需要结合实际情况严格按照具体规范标准开展各项试验活动。