机制砂混凝土配制与施工质量控制

粉体为石粉,未经处理机制砂石粉含量 粉体为泥粉，国标限定为 约为15%,国标限定为10%，桥规5%、7 1%，3%，5% %、10%。
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（三）机制砂的特性
9
机制砂的颗粒形貌
（三）机制砂的特性
100 90 80 70
累计筛余 /%
60 50 40 30 20 10 0 4.75 2.36 1.18 0.6 0.3 0.15
坍落度 (mm)
240 230 220 210 200 190 0 2 4 6 8 10 石粉含量 (%) y = -0.6451x2 + 3.9511x + 224.86 R2 = 0.9936
160 140 120 100 80 0 5 10 石粉含量 (%) 15 20 y = -0.422x2 + 10.883x + 114.72 R2 = 0.9446
5
（二）机制砂应用的背景
机制砂混凝土应用现状
• 机制砂在水利水电工程应用比较多，其制砂工艺先进，
质量稳定。
• 在云贵等溶岩地区缺乏天然砂资源，机制砂在混凝土工 程中已经得到了普遍的应用。 • 在交通行业，机制砂已应用于一般性混凝土工程，但在 重点工程，特别是在重大桥梁工程中对是否使用机制砂
还存在一些疑虑。
河砂
一般为α -石英 好
颗粒形状
颗粒表面 细度模数 级配 粉体含量 (＜0.075mm)
粒形较圆或较方，棱角少
较光滑，吸水率低 （粗糙度14～15S） 一般为中砂(2.3~3.0)
级配不良，2.36mm以上及0.15mm以下 级配较好，各粒径范围分 颗粒较多，而1.18～0.3mm颗粒较少 布较均匀
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抗折强度
（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 机制砂MB值对混凝土力学性能的影响
50
弹性模量 (GPa)
90
抗亚强度 (MPa)
48 46 44 42 40 0 0.5 1 MB 值 1.5 2 2.5 y = -1.1609x2 + 2.2683x + 46.878 2 R = 0.8666
80 70 60 1-0.35 50 0 50 100 龄期 (d) 150 200 2-0.70 4-1.45 6-2.15
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（三）机制砂的特性
机制砂中泥粉及石粉对MB值的影响
1.4 1.2 1
MB 值
1.4 1.2 1
MB值
0.8 0.6 0.4 0.2 0 石英岩 片麻岩 玄武岩 花岗岩 石灰岩 大理岩
0.8 0.6 0.4 0.2 0 0 4 8 12 16 20 石粉含量 (%) y = 0.012x + 0.269 2 R = 0.9736
• 石屑：
采石场在加工碎石的过程中产生的副产物；
• 破碎砂、规范砂、人工砂
俗称。
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（二）机制砂应用的背景
• 随着国家对基础设施投资力度的加大，混凝土及砂的 用量急剧增加。 • 河砂的掠夺性开采致使河床发生变化，对周围环境产 生不良影响，目前部分河流已禁止开采河砂。 • 部分地区石多砂少，河砂资源匮乏。 • 2002年国标《建筑用砂》首次增加了机制砂作为建筑 用砂的新品种。
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（二）机制砂应用的背景
机制砂应用推广的阻碍
• 工程技wenku.baidu.com人员对机制砂混凝土的性能缺乏认识。
• 没有形成专门的机制砂混凝土配制技术。
• 机制砂行业生产技术水平低下，机制砂质量良莠 不齐。
• 对石粉在机制砂混凝土中的作用研究不够，石粉 含量争议过大。
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（三）机制砂的特性
机制砂
矿物组成 坚固性 石灰岩、石英岩、花岗岩等 好 具有棱角、形状不规则， 含有不少针片状颗粒 较粗糙（粗糙度17～21S）， 表面吸水率高 一般为中粗砂(2.9~3.6)
y = -0.0328x + 0.9044x + 53.37 2 R = 0.7981 5 石粉含量 (%) 10 15
2
y = 0.0222x2 - 0.7378x + 53.295 2 R = 0.9732 0 2 4 6 8 10
石粉含量 (%)
C30
C60
C80
石粉含量对混凝土抗压强度的影响
C30
C60
C80
石粉含量对混凝土坍落度的影响
20
（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 石粉含量对混凝土力学性能的影响
43
抗压强度 (MPa) 抗压强度 (MPa)
80 75 y = -0.02x + 0.542x + 34.003 2 R = 0.8577
2
抗压强度 (MPa)
100 90 y = -0.0497x + 1.0712x + 66.421 2 R = 0.6778
2
38 33 28 23 18 0 5 10 石粉含量 (%) 15 20 y = -0.0206x2 + 0.5621x + 22.976 R2 = 0.8643
70 65 60 55 50 45 0
80 70 60 50 40 30
y = -0.0648x2 - 0.283x + 100.05 2 R = 0.946
岩性对MB值的影响
石粉含量对MB值的影响
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（三）机制砂的特性
机制砂中泥粉及石粉对MB值的影响
5 4
MB值
y = 0.6946x + 0.3589 R2 = 0.9992
3 2 1 0 0 1 2 3 4
y = 0.3589x + 0.3589 R2 = 0.9996 y = 0.1089x + 0.3375 R2 = 0.996
200 100
200
0 0% 3% 5% 7% 10% 15%
1
3
7
28
60
90
180
C60混凝土的干燥收缩
（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 机制砂MB值对混凝土工作性的影响
250 200
萘系外加剂 聚羧酸系系外加剂
坍落度(mm)
150 100 50 0 0 0.5 1 1.5 MB 值 2 2.5
5
6
7
泥粉含量 (%) 石粉含量 (%)
Silt content when MB=1.4 / %
12%
1.6
when silt content=1%,MB
10% 8% 6% 4% 2% 0% 25% y = 0.0012x
2 -3.4608
1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 25% 35% 45% 55% y = 3.7778x - 0.6778 R2 = 0.9974
天然砂 机制砂A 机制砂B 机制砂C 机制砂D
筛孔尺寸 /mm
机制砂的级配
10
（三）机制砂的特性
40 35 30 25 20 15 10 5 0 4.75 2.36 1.18 0.6 筛孔尺寸 (mm) 0.3 0.15
级配中值
分计筛余 (%)
机制砂的级配
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（三）机制砂的特性
机制砂中的石粉理化特性
21
（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 石粉含量对混凝土体积变形性能的影响
裂缝数量 开裂面积
200 180 160 140 120 100 800 600 400 0 3 5 石粉含量(%) 7 10
时间(min)
350 300 250 200 0 3 5 石粉含量(%) 7 10
1200 1000
机制砂混凝土 配制与施工质量控制
王稷良 博士/研究员 交通运输部公路科学研究院
1
目 录
• • • • • • • • 机制砂的定义 机制砂的应用背景 机制砂的特性 石粉的作用 机制砂的质量要求 机制砂的制备技术 机制砂混凝土的配制技术 机制砂混凝土的施工控制技术
2
（一）机制砂的定义
机制砂：
由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗
粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒。其中的75μm以下颗 粒划入石粉范围。
• 天然砂：包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂； • 混合砂：由机制砂和天然砂混合制成的砂； • 人工砂：经除土处理的机制砂和混合砂的统称。
3
（一）机制砂的定义 机制砂的几个过渡性名称
• 山砂：
主要是云贵等地的特殊叫法，也可指自然山砂；
石粉含量对新拌混凝土塑性开裂的影响
22
单位面积总裂开面积(mm2)
400
单位面积裂缝数量(条)
220
1400
石灰岩石粉对硬化混凝土体积稳定性的影响
600
-6 干缩率 (×10 )
600 500 400 300
500 400 300 200 100 0 0 50 100 龄期 (d) 150 H1-0% H4-7% H2-3% H5-10% H3-5% H6-15%
R = 0.9921
35%
45%
55%
Liquid limit: W L / %
Liquid limit: W L / %
泥粉对MB值的影响
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（三）机制砂的特性
机制砂中的石粉理化特性
• 机制砂的堆积密度和振实密度均随着石粉含量的增 加而逐渐升高，对于级配较差的机制砂，石粉能明 显地增加混合物的密实度。 • 机制砂生产过程去除的“石粉”中，有一部分颗粒 大于75μm，特别是用螺旋洗砂机洗去的石粉中， 大于75μm颗粒达一半以上，不仅破坏了机制砂的 自然级配，而且浪费资源，污染环境。
80 75 70
抗折强度
7d抗压
28d抗压
28d抗折
65 60 55 50 45 0.35 0.7 1.1 1.45 MB 值 1.8 2.15 2.5
9.5 9.3 9.1 8.9 8.7 8.5 8.3 8.1 7.9 7.7 7.5
抗压强度
MB值对C30混凝土强度的影响
MB值对C60混凝土强度的影响
单位面积开裂总面积(mm2)
400 350 300 250 200 150 0.35 0.7 1.1 1.45 MB 值 1.8 2.15 2.5
弹性模量
长期强度
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（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 机制砂MB值对混凝土体积变形性能的影响
裂缝数量 开裂面积
450
塑性裂缝出现时间(min)
单位面积裂缝数量
185 180 175 170 165 160 155 150
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0.35 0.7 1.1 1.45 MB 值 1.8 2.15 2.5
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（三）机制砂的特性
1.66
堆积密度((×103 kg/m3 ))
43 42
空隙率(%)
1.64 1.62 1.6 1.58 1.56 1.54 1.52 1.5 0 10 20 石粉含量(%) 30 40 y = -0.0002x2 + 0.0109x + 1.5183 R2 = 0.984 y = 0.0082x2 - 0.3845x + 43.35 R2 = 0.984
41 40 39 38 0
10
20 石粉含量(%)
30
40
石粉含量对机制砂堆积效果的影响
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（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 石粉含量对混凝土工作性的影响
200 180
坍落度 (mm)
坍落度 (mm)
230 220 210 200 190 180 y = -0.1463x2 + 1.5656x + 212.85 R2 = 0.7195 0 5 石粉含量 (%) 10 15
石粉
指岩石破碎过程中，形成的颗粒小于0.075mm的 粉末。其吸水率低，液塑限指数低。
泥粉
指黏土矿物的粉末。其吸水率高，液塑限指数高。
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（三）机制砂的特性
机制砂中的石粉理化特性
机制砂中石粉与天然砂中的泥粉成分不同，粒度分布 不同，不包含粘土、页岩、有机物等有害成分，在使 用中所起的作用不同。机制砂中的石粉含量一般都超 过10%，这个含量对大多数混凝土不会产生有害的影 响。而天然砂中的泥对混凝土是有害的，粘土矿物由 于其颗粒极细、疏松多孔的特性和它们的表面活性， 一般会增加混凝土的拌和用水量，从而牵连混凝土的 强度、耐久性和体积稳定性。
3
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（四）机制砂对混凝土性能的影响
• 机制砂MB值对混凝土力学性能的影响
7d抗压 28d抗压 28d抗折
40 35
抗压强度
30 25 20 15 0.35 0.7 1.1 1.45 MB 值 1.8 2.15 2.5
6.8 6.6 6.4 6.2 6 5.8 5.6 5.4 5.2 5 4.8 4.6 4.4 4.2
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（三）机制砂的特性
机制砂中的石粉理化特性
石粉颗粒呈块状，稍具棱角，接近水泥或矿渣。粉磨 后部分棱角被磨掉，轮廓变得稍圆。石粉的细度与水 泥接近，远小于粘土的比表面积。
水泥
石粉
粉煤灰
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（三）机制砂的特性
机制砂中的石粉理化特性
机制砂石粉中可能混有一定数量的泥土成分。GB/T 1 4684-2001《建筑用砂》规定了测机制砂石粉含量必 须先进行亚甲蓝MB值的检验，以检验小于75μm的颗 粒是以石粉为主还是以泥土为主。机制砂的MB值与砂 中含泥量成线性正比关系，而与石粉含量关系不大； 同时，含泥量一定时，机制砂的MB值与其所含泥粉的 液限成正比。