机制砂的优缺点与其在混凝土和工程中的应用

机制砂的优缺点及其在混凝土和工程中的应用
1机制砂的优缺点
根据在云南蒙自地区利用机制砂的经验，将其优缺点总结如下。

1.1机制砂的优点
采用机制砂配置混凝土具有如下优点：
（ 1）工厂化生产，质量可以得到保证工厂生产可以从选材、破碎等一系列工艺流程上
建立质量监控体系，生产条件好，砂的质量有保障。

（2）砂的物理力学性能好
可以有意识的选择硬质岩石生产机制砂，避免采用软质、风化岩石，同时，含泥（块）
量可人工筛分控制。

化学成份与母材、碎石一致，对混凝土无负面作用，适合做高强混凝土。

（3）机制砂的颗粒级配、细度模数可以调整可以根据工程的需要，结合母材的特点和
混凝土的要求，调整机制砂的细度模数和颗粒级配。

调整措施主要通过破碎设备、工艺流
程的选择来完成。

1.2机制砂的缺点
（ 1）天然砂颗粒浑圆，表面光滑。

天然中砂细度模数多为 2. 6 3. 0，级配较好，对混凝
土的工作性十分有利。

机制砂颗粒尖锐，多棱角，表面粗糙，细度模数多为 3. 0 以上，与天
然河砂相比，机制砂的颗粒级配稍差，大于 2. 5 mm 和小于 0. 08 mm 的颗粒偏多，导致混
凝土的和易性较差，容易引起混凝土的外观质量缺陷。

机制砂母材的变化会引起机制砂质量
的波动，给施工质量的控制带来一定的难度。

但是，机制砂的缺点可以通过选择合适的碎砂
设备、合理利用砂中含石粉量、调整砂率，以及选用合适的外加剂等措施来克服。

（ 2）机制砂含有一定量的石粉。

石粉和泥的粒径虽然都小于0. 075 mm，但是他们的
成份不同，细度相差也较大。

泥颗粒大多小于0. 016 mm，而石粉颗粒大都在0. 016 0. 075 mm
之间。

泥吸附在砂的表面，妨碍砂与水泥的粘结；而适量的石粉可填充在水泥、细砂的空隙
之间，增强机制砂混凝土的工作性。

2机制砂混凝土的性能
2.1硬化前混凝土的性能
机制砂混凝土硬化前的性能主要涉及到混凝土的稠度、和易性（工作
性）、可塑性、可
加工性（可修饰性或可抹平性）等方面，这些性能并不是孤立的，而是有一定的相互关
联，
是从不同的角度描述新拌混凝土的特
性。

其中，混凝土的和易性是非常重要的一个指标，它
不仅表示混凝土浇灌成型的难易程度，也表示混凝土抵抗材料分层离析的能
力。

混凝土和易
性的具体指标为坍落度。

在水灰比相同的条件下，机制砂混凝土坍落度要小于河砂混凝土，这主要是机制砂本
身
具有裂隙、空隙及孔洞，其有一部分颗粒为矿物颗粒集合体，这样就增大了砂子的比表面
积，
吸附了更多的水，导致混凝土的需水量增加，坍落度减小。

相同条件下，配置相同坍落度
的
混凝土，机制砂比天然河砂需水量增加5 10 kg /m3. 机制砂混凝土的和易性与细骨料
（砂）
的级配和细度模数有关，同时，也牵涉到用水量、水泥用量、砂率等参数，还需要针对工程
实践进行深入研究。

一般认为，细度模数以控
制在 3.03.4 之间为佳。

若细度模数太大，
则
粗颗粒太多，级配不合理，使混凝土的和易性变差，虽然掺入粉煤灰可以弥补上述缺
陷，但
成本也会相应提高，经济上不合理；若细度模数太小，则小
于0. 075 mm 的细粉过多，需水量增大，混凝土强度降低，水泥用量增加。

石粉含量也是影响坍落度的重要指
标，石粉含量
太低（小于 5% ）时，混凝土的和易性、沁水性较差，当石粉含量控制
在6% 9%时，对混凝土的强度的影响不是很大，和易性也很好。

按机制砂的特点进行混凝土配比设
计，通过合
理利用机制砂中的石粉，调整机制砂的砂率，可以配制出和易性很好、适合泵送的机制砂
混
凝土。

2.2机制砂混凝土的力学性能
混凝土的力学性能指标包括抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗弯强度、弹性模量、粘
结强度、疲劳强度、收缩徐变特性等。

针对这些指标进行深入研究的还比较少。

但是，对于
抗压强度、弹性模量这2 个主要指标，国内外却积累了较丰富的实验资料。

一般机制砂筛余
0.300 mm 以下所占比例较小，仅有 10%左右。

相关混凝土泵送施工技术规程中指明，泵送
混凝土细骨料通过0. 300 mm 筛孔的筛余不应小于 15%. 天然细砂的粒径主要集中在0. 3 mm
以下，细度模数一般在1. 5 左右。

天然细砂细度模数低，若单独配制混凝土，会由于收缩大
引起混凝土开裂，但是可以利用天然细砂粒径主要集中在0. 3 mm 以下的特点，与机制砂复
合组成人工混合砂，从而使配置的混凝土获得良好的施工性能。

通常用 40%的天然细砂与60%的机制砂混合作为细骨料使用，可以取得良好的效果。

文献<
9>对特细砂、混合砂、机制砂混凝土进行了实验对比，其复合砂中特细砂和机制砂的比例
为 4 B6 ，机制砂母岩为石灰岩。

3为文献 < 10>的实验结果。

由于机制砂一般采用硬质岩石
破碎，机制砂比天然砂的抗压强度更高。

所以机制砂混凝土与天然砂混凝土相比，各项力学
性能指标不低，甚至更高。

当然，混凝土的强度、弹性模量等力学性能指标除了和砂的强度
有关外，还与其他因素有关，如机制砂中的石粉含量和混凝土配合比中的砂率等。

机制砂混
凝土的实验表明，石粉含量对混凝土的强度的影响很大，石粉含量越高，混凝土的强度随之
降低。

机制砂砂率在小于40%时，拌合物过于粘稠，砂率增大后，工作性能得到改善，砂
率在 42% 46% 时，强度趋于稳定。

砂率超过50% ，不但强度有所下降，而且静力弹性模量
显著降低。

2.3机制砂混凝土的耐久性能
混凝土的耐久性能是指混凝土在长期使用过程中，具有抵抗冻融循环等气候条件、酸碱
等物理化学侵蚀作用、受光热作用、流水冲蚀作用的能力。

混凝土越密实，抗渗抗冻性越
好。

由于混凝土的抗渗性主要与其孔隙有关。

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。

对于机制砂混凝土的抗冻融耐久性还缺乏系统的研究。

综合
已有的研究结果，可以发现机制砂在一定程度上改善了混凝土的工作性
能，具有一定的微集料填充效果，从而改善了混凝土的孔隙结构，增加了混凝土的密实度。

试验结果表明，混合砂与天然中砂配制的混凝土一
样，具有优越的抗渗性能。

同时试验还表明，机制砂和天然细砂混合配制出的混凝土在抗冻
性、抗渗性、抗氯离子渗透、抗硫酸盐侵蚀及抗碳化性能方面
都优于中砂混凝土，机制砂和天然细砂混合配制出的混凝土抗渗性劣于中砂混凝土。

3机制砂混凝土在工程实践中的应用
在已有的工程实践中，机制砂配制出了从 C10 C55 的普通混凝土和泵送混凝土，我国的
三峡工程和黄河小浪底等水利工程都采用了机制砂混凝土。

在桥梁工程中，湖南怀新高速公路的有平溪河桥、苦麻寨桥、坳背村高架桥均使用了机制砂配制混凝土，混凝土等级有
C25 普通混凝土，C25 水下混凝土，C30 普通混凝土，C40 普通混凝土。

在重庆嘉陵江黄花园大桥建设中，通过对机制砂与渠河砂复合取代简阳砂配制黄花园大桥主桥箱梁C50 混凝土，各项工作性能指标和力学性能指标均符合规范要求，工程应用效果良好。

在铁路桥梁中，株六线南山河特大桥C55 高性能混凝土成功应用机制砂配制。

玉蒙铁路第五标段，在混凝土结构物中就全部使用了机制砂。

在施工之初，由于对机制砂的应用在理论上没有依据可循，从而与自然砂等同使用，造成混凝土质量下滑，特别是表面质量不能满足要求。

随着施工的进展和试验室工作的加强，混凝土质量有所提高。

现在该标段的特大桥、大
桥、涵洞、隧道工程等混凝土外观和抗压强度都能满足工程的质量要求。

特别在工程造价方
面，由于自然砂的当地价格是机制砂的 3 倍多，所以采用机制砂。

4机制砂混凝土应用需进一步研究的问题
机制砂在我国混凝土结构工程实践中的应用还处于起步阶段，为了推广机制砂在混凝土
特别是桥梁工程中高性能混凝土中的应用，还应开展深入、广泛的研究。

研究重点应包含以
下几个方面。

4. 1 机制砂颗粒形状、颗粒级配的研究
机制砂的颗粒形状、颗粒级配影响混凝土的和易性、强度、抗干缩性及耐磨等性能。

尤
其是粒径小于 0. 075 mm 的石粉的合理含量需要认真研究。

不同粒形的机制砂对混凝土的和
易性影响较大，片状颗粒拌制的混凝土和易性较差，最理想的粒形是近似于立方体颗粒。

机
制砂中含有适量的石粉，不仅可提高混凝土的强度，还可改善混凝土的和易性，机制砂中的
石粉控制在 7%以内比较合适，但关于石粉的作用机理和合理含量仍有不同的意见。

根据本
公司应用机制砂的情况来看，严格控制石粉含量是比较困难的，这为在工程中充分利用机制
砂提出了挑战。

4. 2 高效、优质制砂设备和制砂工艺的研究
凡是能经济有效地加工出小于 5 mm 的合格粒度级配的机械加工设备都可以作为制砂
机械。

目前，磨碎机械、圆锥破碎机、反击式破碎机、锤式破碎机、笼型破碎机、辊式破
碎
机和立轴冲击式破碎机都可用于制砂。

中小企业使用颚式破碎机较多，生产工艺极为简单，产品质量参差不齐。

混凝土用机制
砂对砂的颗粒形状及级配有很高的要求。

有的设备生产的砂粒片状居多，有的存在过粉碎现
象。

为了生产出符合要求的优质机制砂，需要从设备选择、工艺流程、质量控制等方面进行
综合研究。

随着我国基本建设的不断深入和环境保护的日益加强，自然砂的利用在很多方面都有了
限制。

面对建筑业需要砂量的增加，自然资源已不能满足工程的需求，
所以必须要在机制砂
的利用上下功夫。

如果机制砂使用取得成功，今后的施工组织将可能发生转变，如在围岩较
好的隧道中施工，混凝土所需的碎石和机制砂就可以在掘进过程中得以解决。

4.3机制砂混凝土配合比的研究
机制砂混凝土的配合比对混凝土的各种性能，如和易性、力学性能、耐久性能和混凝
土表面质量都有非常重要的影响。

应深入开展满足各种强度等级、各类工作性能要求的机
制砂混凝土的综合试验研究。

通过在玉蒙铁路工程中利用机制砂，发现还应重点研究石粉含
量、
砂率、水灰比对混凝土各种性能的影响。

4. 4 机制砂混凝土搅拌设备的研究
在玉蒙铁路工程中，利用机制砂搅拌混凝土，搅拌设备也是影响混凝土质量的一个重要
因素。

机制砂混凝土的搅拌不宜采用小型搅拌设备。

在施工之初，机制砂混凝土的搅拌采用
与自然砂混凝土搅拌同样的方法，结果不能满足工程的质量要求。

特别是少量混凝土的搅
拌，决不能使用非强制性混凝土搅拌设备，否则混凝土的外观质量难以保证。

机制砂混凝
土只有采用大型搅拌站或强制搅拌设备来搅拌，才能保证工程质量。

4.5机制砂混凝土的应用须加强工程试验
机制砂混凝土的使用应按要求合理设立工程试验室，以加强对混凝土的配比、和易性、
泌水性、抗冻、抗渗、抗压强度、抗拉强度、抗折强度、抗弯强度、弹性模量、疲劳
强度、收缩徐变、耐久性能等指标的及时监控，从而保证混凝土的质量。

5结语
目前，机制砂混凝土在施工实践中应用较少，对这种混凝土的长期性能还缺乏深入的研
究。

这些性能主要包括收缩徐变性能、抗冻性能以及抗渗性能等耐久性指标。

在今后的工程施工中应不断加强研究，以完善机制砂混凝土的各种指标，使其在工程中得以广泛的应用。