浅谈机制砂的应用

浅谈机制砂的应用

砂是水泥混凝土的重要原材料之一，在混合料中起骨架和填充的作用，对新拌混凝土的性能有着重要影响。随着我国基础建设步伐的日益加快以及环保意识的增强，很多地方砂供不应求，砂荒现象时有发生。因此，应用机制砂代替天然砂已经成为混凝土行业可持续发展的必然选择。然而，机制砂独特的级配及粉料含量，使混凝土出现了一些天然砂混凝土不曾有过的性能特征，按照天然砂的使用方法应用机制砂，会使混凝土出现诸多不良现象，工程质量事故时有发生，导致很多人谈砂色变，对机制砂产生抵触心理，宁愿花高价从其他地方购买河砂，也不愿意使用本地物美价廉的机制砂。机制砂的推广困难重重，究其根源，还是经验主义作祟，没有正确的机制砂使用观念，因此，笔者收集归纳了国内科研机构对机制砂的研究及部分工程机制砂应用的经验总结，希望能为机制砂的市场化贡献一点微薄之力。

天然河砂经过河水常年的摩擦腐蚀，表面十分光滑棱角较少。机制砂是由碎石机械加工而来，因此表面粗糙，棱角较多，砂粒相互咬合，流动阻力大，会显著增大混凝土的用水量，且多为粗砂，为典型的“两头多，中间少”级配分布，这些性能会直接影响到机制砂混凝土的和易性和强度，特殊的级配分布使新拌混凝土尤其是低强度等级的混凝土和易性差，容易离析。

机制砂生产过程，会不可避免的产生一部分小粒径的颗粒组分，我们把其中小于75um的部分称为石粉，这是河砂与机制砂最本质的

区别，石粉与被加工母岩的矿物组成及化学成分完全相同。河砂中的泥粉对混凝土各方面的性能都会产生不利影响，而石粉对混凝土的性能却有着正负两方面的影响，适当的石粉掺量，可以显著改善混凝土的和易性，通过提高混凝土密实度从而大幅度提高混凝土的强度及耐久性。湖北三峡大学的王青教授研究了7种石粉含量对泵送机制砂混凝土拉、压强度的影响，并借助SEM和XRD等测试分析技术从原材料和不同石粉掺量混凝土微细观结构演化特征入手，探究了石粉对混凝土强度的影响机理，分析得出，在含量适当范围内，石粉具有填充、形态、吸水、晶核和活性等效应，有利于混凝土强度的增长，且中低强度泵送机制砂混凝土其最佳石粉掺量范围为22%-25%。

济南大学的范教授通过电通量法，快冻法测试了不同石粉含量对混凝土氯离子渗透性、抗冻融性能的影响，并对比测试了天然砂和机制砂混凝土的收缩，发现机制砂混凝土的抗氯离子渗透性随石粉含量的增加而增加，机制砂混凝土的抗冻性比天然砂差，但复配适量的引气剂既可以提高机制砂混凝土的工作性，不影响机制砂混凝土的强度，还可以显著提高机制砂混凝土的抗冻性。

根据笔者调查发现，在实际的混凝土生产中，由于机制砂生产厂家生产工艺、仪器设备、技术水平、母岩来源等的参差不齐，使得机制砂在材料进场的原材检测中，经常出现颗粒级配，石粉含量等参数指标波动较大，严重影响新拌混凝土的使用性能。在这种客观因素下，如果我们把机制砂作为全部的细骨料来投入使用，混凝土的状态会很不稳定，增大拌合楼的搅拌负担，影响混凝土的质量。因此，在实际

应用中，细集料都是由机制砂和天然砂混合组成的，通过混合得到的细集料，级配合理，成本较低，且操作起来简单灵活，混凝土的生产质量也得到了保证，是今后机制砂应用的一种方向。

和天然砂混凝土相比，机制砂混凝土最大的优势是强度，经同条件对比发现，绝大多数情况下，机制砂混凝土的强度都远高于天然砂混凝土。这是因为机制砂中存在石粉，使得混凝土中胶凝材料从常规的水泥+矿粉+粉煤灰，转变成了水泥+矿粉+粉煤灰+石粉，变相增加了胶凝材料用量，混凝土致密性提高，强度增大。因此，在机制砂混凝土配合比设计中，可以适当增加用水量，稍微降低机制砂混凝土的强度，以此换来拌合物和易性的改善，工作性的提高。

由于机制砂的特殊级配分布，导致混凝土和易性较易出现极端情况，砂率稍大，就容易粘性过大，流动性显著降低；砂率稍小，则出现离析泌水现象。因此，砂率的优化调整也是整个混凝土和易性好的关键。研究表明，对于C30机制砂混凝土，机制砂细度模数在3.0-3.8范围内时，细度模数每增加0.2，配合比中的砂率应提高1%-2%。

在工程建设中，机制砂的应用将会成为主流，但目前部分工程仍然拒绝使用机制砂，不惜成本高价采购河砂，究其根源还是对机制砂缺乏认知，目前的研究表明，只要正确认识机制砂的特性，优选破碎的机械，把石粉含量控制在合理的范围，优化配合比设计，选择适当的砂率，一样可以获得性能稳定的机制砂混凝土，拥有不低于河砂混凝土的强度，且具有更好的耐久性，稳定性，更低的成本。