详解机制砂在南渝高速公路工程上的应用意义

　　随着中国经济的不断发展，各类建设项目与日俱增，混凝土的需求量不断增加。天然砂是混凝土中重要的组成部分。近年来由于环保意识的加强，部分地区天然砂的开采受到限制．天然砂面临日益供不应求的局面。为了解决天然砂不足的矛盾，机制砂得到了越来越广泛的使用。中国幅员辽阔。 石灰石或卵石资源遍布全国各地，将石灰石或卵石利用破碎机机械等进行破碎筛分生产机制砂，不仅有充足的数量保证，而且可确保其质量。 

　　中国自九四年以来．对机制砂的物理性能及矿物组成和用机制砂配制的混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗折强度、收缩徐变等进行了试验研究和工程应用，实践表明机制砂替代天然砂配制混凝土在技术上可行．经济上是合理的。

　　1 机制砂在南渝高速公路工程上的应用

　　南渝高速公路为南充至重庆的高速公路．是四川和重庆重要的交通连接线，在修建过程中因为路线沿线缺少合格的天然砂．而调用成都金塘砂等外地合格天然砂又存在费用高、不经济的问题．所以最终在部分混凝土工程中采用了机制砂代替天然砂。 

　　1.1 混凝土配合比

　　在南渝高速公路的部分桥梁和涵洞施工中．以C20混凝土和C40混凝土为例．其用天然砂和机制砂的水泥混凝土的配合比比较见表1、表2。 

天然砂和机制砂混凝土配合比对比

　　1.2机制砂混凝土的施工控制

　　混凝土作业前应测定砂石含量，换算施工配合比填写配料单，经工地主管审核后，送交施工负责人据以施工。严格按照配料要求的材料、规格、用量进行计量配料。对机制砂混凝土应适当延长搅拌时间，减少振捣时间。严格水灰比控制，在拌和站确定好需要的坍落度。 严禁在输送和泵送过程中因坍落度损失大而加水，否则容易造成混凝土离析。由于机制砂含粉量高，应加强养护。以使混凝土内部水化热充分散发。避免混凝土表面起砂和龟裂。 

　　1.3 应用结果

　　通过工程的实际应用分析发现。在同等施工条件下。机制砂在高标号混凝土的应用中跟天然砂一样。其各项指标均能满足规范要求，且外观漂亮。但在低标号混凝土的应用中。在强度等方面跟天然砂一样。其各项指标均能满足规范要求，但在外观上跟同条件的天然砂配出的混凝土相比。却存在一定的不足。主要表现在外表面光洁度不够好，有少许麻面。 

　　2机制砂的应用分析

　　通过机制砂在南渝高速公路的实际应用情况及结合相关资料，可以对机制砂的应用做如下相关分析。 

　　根据GB／T14684—2001对机制砂的定义中指出，机制砂是利用破碎机机等矿山机械破碎、 筛分制成的， 粒径小于(方孔筛)4.7m m的( 非软质岩、风化岩)岩石颗粒。机制砂颗粒有质地坚硬、粗糙多孔、有尖棱角、粘结性能良好等特点，且含有一定量的粒径小于0.08mm的颗粒。机制砂有一定吸附能力。当含水量达6％~8％时。常能结团，滤水能力小，机制砂的表观密度较大。 

　　机制砂与天然砂的主要区别在于：天然砂颗粒浑圆。表面光滑，细度模数较小，对混凝土的工作性十分有利；而机制砂颗粒尖锐，多棱角，表面粗糙，细度模数较大，对混凝土的工作性有一定影响。2者相比较的指标特性见表3。 

机制砂与天然砂混凝土的指标特性

　　2.2 机制砂混凝土的机理分析

　　机制砂是由强度较高的石料破碎制成。其表面积大， 因此机制砂具有表面粗糙、多孔的特性，使得碱性大的水泥浆体容易渗透到孔隙中发生一系列的物理化学作用。使得水泥水化产物与机制砂颗粒之间形成了较高的机械咬合。同时机制砂中含有一定量的石粉石粉的表面积大，细分散的石粉对C3S的水化起明显的晶核作用。早期能与水泥熟料中的C3A和C4AF发生一系列化学反应，生成具有一定强度的结晶水化物。由于石粉具有填充作用。使混凝土更加密实。机械强度较高。 

　　机制砂中由于石粉的存在。石粉的颗粒粒径小于0.08mm。与水泥的细度接近。混凝土的用水量除了与骨料的品种有关外。还与胶凝材料与水的比例(简称为胶水比，反之称为水胶比)有一定的关系。由于石粉的存在，相当于在该混凝土中添加了一部分类似掺合料的物质。胶水比增加，水胶比减小，因而用水量有一定的增加以0.60的水灰比为例。其胶水比为1.67，若石粉、含量为6％。每方用砂量约在600kg，每方用水量为185kg，则石粉为36kg，胶水比为1.86，水胶比为0.54。同时由于石粉具有一定的类似于水泥性质，对自由水也有一定的包裹作用。因此用水量有一定的增加。 

　　2.3机制砂在低强度混凝土中的应用特性

　　用天然砂配制的低强度等级混凝土中，因水泥用量较少和混凝土中细粉料含量不足。混凝土的和易性能相对较差。当用机制砂配制混凝土时，由于机制砂中粉末较多，机制砂中的粉末恰好弥补了这种不足。粉末不但改善了混凝土的和易性。而且粉末吸水，把水贮存起来．减少了拌和物的泌水。粉末的浆体正好弥补了机制砂表面粗糙的缺陷，减少了砂石间的摩擦，改善了低强度等级混凝土拌和物的和易性。但随着粉末含量的增加．混凝土混合物用水量增加，而且拌和物变得干稠。很容易影响到混凝土的外观。因此机制砂中的粉末含量应加以控制。 

　　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，这主要是由于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。但是这些被砂子吸附的水在以后的水泥水化反应中提供了充足的水，使得水泥的水化较为充分。生成更多的水化硅酸钙，从而提高了混凝土的强度。 

　　2.4机制砂在高强度混凝土中的应用特性

　　单独使用机制砂配制高强度混凝土和单独使用天然砂配制高强度混凝土其结果并无明显区别，均能满足规范要求。但由于单独使用天然砂配制高强度混凝土，因其细度模数低， 收缩大，易引起混凝土开裂。单独使用机制砂，因其表面粗糙，多棱角，并且当地的机制砂大多颗粒偏粗．细度模数较大，使混凝土拌和物工作性差．坍落度损失大．施工困难。根据试验及工程应用情况表明。用40％的天然砂与60％的机制砂混合作为细骨料使用．可以取得良好的效果。 

　　纯机制砂小于0.30mm的颗粒含量较少．纯天然细砂这部分颗粒含量较多．在机制砂中掺加一定比例的天然细砂可以很好地弥补这一缺陷。配比中的细骨料全采用机制砂，用相同的配合比，很难达到天然中砂配制的混凝土效果其原因一是机制砂为人工破碎而成．棱角较多，这比不上天然砂表面圆润光滑，颗粒机械咬合力较大，间隙较多，导致混凝土的流动性减小二是从一般机制砂的级配来看，机制砂筛余0.30mm以下所占比例较小，仅有10％左右，而JGJ／TIO一95 (混凝土泵送施工技术规程1中指明，泵送混凝土细骨料通过0.30   mm筛孔的筛余不应小于15％。而天然细砂的粒径主要集中在0.30mm 以下，与机制砂复合正好填补0.30mm以下的累计筛余。使细骨料具有较好的级配。同时天然细砂减少了机制砂之间的内摩擦力，从而获得良好的施工性能。 

　　2.5 社会经济及环保效益分析

　　以南渝高速公路建设为例．在南渝高速公路上．机制砂的单价为60元一立方，金塘天然砂的单价为120元一立方，通过工程应用的实际情况分析．在工程质量得到保证的前提下，同标号的混凝土(尤其在高标号混凝土中)如果用机制砂代替天然砂进行配合比施工，其混凝土费用可以节约10％～20％。同时．使用机制砂还可以起到增加就业和增强环保的作用。 

　　3 结语

　　通过机制砂在南渝高速公路中的实际应用情况及以上分析表明。 机制砂代替天然河砂， 由于机制砂生产不受气候、季节影响。且在生产工艺上能得到有效控制．因而其品质指标相对稳定，对混凝土拌和物性能、力学性能及耐久性能都有所改善。它不仅具有一定的经济性和适应性，还具有一定的环境效益和社会效益。