(新)机制砂与天然砂在混凝土配制中的应用

机制砂与天然砂在混凝土配制中的应用

因为机制砂由制砂机破碎、筛分制成，颗粒形状粗糙尖锐、多棱角，通常用它来配制混凝土砂率比天然砂混凝土大；并且机制砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、开口相互贯通的空隙多、比表面积大，加上石粉含量高等特点，与天然砂混凝土相比，有其自身的特点。

1、机制砂原材加工制作

根据贵州省基本建设中贯彻“因地制宜”就地取材，贵州省地方标准DB 24/016-2010山砂混凝土技术规程要求。所以采用振动给料机加工，石料由振动料机均匀的送到颚式破碎机粗破，粗破后的块石由胶带输送机送到制砂机二次破碎，细碎后的物料送到振动筛进行4.75mm以下套筛分，得到的成品颗粒应符合规范要求。对于粉尘含量的控制，应配备分离机和除尘设备。

2、机制砂与天然砂工作性对比

机制砂与天然砂相比，由于有一定数量的石粉，使得机制砂混凝土的和易性得到改善，可在一定程度上改善混凝土保水性、泌水性、粘聚性，使得混凝土易于成型振捣。这些作用在低标号混凝土中特别明显，尤其是在实行水泥新标准之后，水泥强度普遍提高。配制混凝土时很难解决强度富裕过大与工作性之间的矛盾，机制砂中的石粉很好地解决了这个矛盾，即在低水泥用量情况下，配制出工作性符合要求的混凝土。甚至在碾压混凝土中要求机制砂砂中的石粉含量不低于12％，以利于混凝土的碾压成型。中国工程院谭靖夷院士还提出:“碾

压混凝土必须使用高石粉含量的砂子”。

但在高标号混凝土中，对机制砂中的石粉均进行了严格的限制，因为在高标号混凝土中水灰比较小，石粉的存在严重影响了混凝土的工作性，一般机制砂砂中石粉含量限制在7％（贵州地方标准）以下。

含石粉的机制砂混凝土，其初、终凝时间比不含石粉的天然河砂混凝土有所延长，一般可延长50～120min，并认为主要是由于石粉没有活性，在混凝土中只起到一种隋性掺合料的作用，分散水泥颗粒，降低了水泥的水化热。含气量和泌水率都减少，对混凝土的质量有利。

3、混凝土强度比较

强度是混凝土作为结构材料的一个重要依据。因而机制砂对混凝土的强度影响也是混凝土工作者最关心的一个问题。

据资料显示，在同等条件下，用机制砂配制的混凝土比天然砂配制出的混凝土强度略高。由石灰石破碎而成的机制砂，其成分是碳酸钙，处于高浓度氢氧化钙中，其表面会发生微弱化学反应，天然砂成分中二氧化硅含量高，不能发生类似反应；且机制砂质地坚硬，有新鲜界面，表面能高；机制砂表面粗糙、棱角多，有助于提高界面的粘结。机制砂提高混凝土的强度是由于石粉填充了混凝土中的孔隙，且0.08mm以下的石粉可以与水泥熟料生成水化碳铝酸钙。机制砂增强混凝土的主要原因是由于石粉的存在可以较明显改善混凝土的孔隙特征，改善浆－集料界面结构，并且混凝土晶相有不同程度的改变。并认为就强度而言石粉的最佳含量为7％。根据已有的研究，我们认为：石粉对水泥具有增强作用，认为石粉在水泥水化反应中起晶核作

用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并阻止钙矾石向单硫型的水化硫铝酸钙转化。

4、混凝土抗渗性比较

由于混凝土的抗渗性主要与其孔结构有关，因此大多数人认为机制砂中的石粉是其提高的主要原因。混凝土的研究者认为：机制砂中的石粉只是一种有效的填料，虽然不具有活性，但提高了混凝土的密实性，增强了水泥石与骨料界面粘结；而有人则认为石粉能加速C3S 的水化，并与C3A、C4AF反应生成结晶水化物，并能改善水泥石的孔隙结构，因此抗渗性能得到提高。

5、混凝土的试配工作

根据普通混凝土配合比设计规程《JGJ 55-2011》要求，采用天然砂混凝土设计中：1、0.40-0.46，砂率宜为39-42%；2.外加剂的掺量应通过试验确定，外掺料应符合有关技术标准要求。

1.设计依据：

①《普通混凝土配合比规程》JGJ 55-2011.

②《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTG E30-2005.

2.原材料：

水泥：冀东水泥。品种等级：P.O42.5。

砂：天然砂。规格：Ⅱ区中砂。

碎石：最大粒径25mm。

外加剂：型号为PC-I聚羧酸高效减水剂。掺量为胶凝材料的

1.2%。

在试拌配合比的基础上配制三个不同水灰比的配合比进行混凝土强度校验。最后采用基准水灰比W/C=0.4。28d混凝土强度为33.8MPa。

机制砂配合比：与天然砂配合比不同的是采用机械生产。机制砂细度模数为2.96，粉尘含量为9%。

根据多方面对机制砂原材各性能测试，机制砂石粉含量要比天然砂含量大，所以需水量与水泥浆要比天然砂多。选用水灰比应比天然砂略大。

经多次试配和调查取证，确定基准配合比为W/C=0.48，砂率为44%。通过试拌调整配合比其他参数使混凝土拌合物工作性均能满足施工要求。28d强度为35.2MPa。

6. 结论

机制砂混凝土要比天然砂配制配合比复杂的多，固理论和经验很重要，但同时设计机制砂配合比要考虑多种因素。必须控制一下几点：

1.水泥与外加剂应通过水泥浆试验，是否有物理性反应。因此通过对多种水泥产品与选用外加剂反复试验，满足《普通混凝土配合比规程》。

2.试验证明，砂率的选择要合理。砂率过小，混凝土拌合物不能有很好的和易性且工作性能差。砂率过大，影响混凝土强度及耐久性。

3.①通过天然砂配制混凝土配合比施工表明，天然砂光滑与级配不稳定骨料粘性差、宜滑移，强度也难以控制。而原材控制也是大难题，由于采砂时是天然形成，没办法对天然砂的级配和有害成分进行控制。从而造成了国土资源流失和生态环境的破坏。

②机制砂截然不同，质量优势。加工料源稳定，大型机械化生产方式，保证了机制砂产品的质量稳定，可调可控。还能有较高的比表面和亲水性能，有完整的级配，有多种选择性。颗粒级配稳定，随时可以调整、改善。③管理上也有很好的优势，有稳定的主体经营，有固定的加工场所，有可控的人员操作。