机制砂对混凝土质量和成本的影响

　　［摘要］本文通过机制砂在混凝土中的应用情况对混凝土质量、成本影响的理论分析和相关的试验验证，力图为预拌混凝土生产过程中原材料质量控制、混凝土质量波动分析和生产控制提供参考。

　　0　前言

　　随着我国建筑市场的快速发展，建筑用砂需求越来越大，但天然砂的资源在逐步减少；近年来我国对环境保护的意识日益加强，一些地区已经禁止采砂。因此砂源紧张的矛盾相对突出，价格也大幅上升，在这种背景下，机制砂的推广使用日益受到人们重视。

　　1　试验用材料和试验方法

　　1.1　试验用材料

　　本试验所用原材料见表1。

　　1.2　试验方法

　　选用中砂、细砂、细砂（50%）+ 机制砂（50%）三种细集料，分别试拌C20、C30、C40 三个强度等级的混凝土。

　　调整用水量，保持试拌混凝土坍落度基本相同，对新拌混凝土工作性、强度进行比较、评估。

　　对所有试拌物，都进行坍落度、泌水率测试及和易性观测，混凝土成型尺寸为100mm×100mm×100mm 立方体试件以测混凝土抗压强度，所有用于强度测试的混凝土试件都按GB/T50081-2002 标准制作，试件成型后在成型室中静置一昼夜，然后脱模放入温度为（20±2）℃的Ca(OH)2 饱和溶液中养护至测试龄期（7d、28d）。

　　2　试验结果及分析

　　用水量、坍落度、实际水灰比、强度结果见表2、表3、表4。

　　2.1　机制砂的掺入对混凝土质量的影响

　　研究表明：细集料的级配及颗粒形状、大小对混凝土的工作性产生很大的影响，进而影响混凝土的强度。良好细集料可用较少的用水量制成流动性好、离析泌水少的混凝土，达到增强或节约水泥的效果。适应预拌混凝土泵送特点，预拌混凝土所用细集料应当具备：空隙率小，以节约水泥; 比表面积要小，以减少润湿集料表面的需水量; 要含有适量的细颗粒（0.315mm以下），以改善混凝土的保水性和增加混凝土的密实性以及粘聚性，有利于克服混凝土的泌水和离析; 颗粒表面光滑且成蛋圆型，减小混凝土的内摩擦力，增加混凝土的流动性。

　　机制砂的主要特点：基本为中粗砂，含有一定量的石粉；筛余基本满足天然砂I 区、II 区要求，0.315mm 以下颗粒一般低于20%，因此机制砂自身的空隙率一般较大；颗粒粒型多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐，且针片状多。所以机制砂不宜单独作为细集料在混凝土中使用，特别是在泵送混凝土中使用。而细砂的特点是0.315mm 以下颗粒过多，造成细砂比表面积较大，在混凝土中引起需水量上升，从而使混凝土强度下降。而按一定比例将机制砂和细砂混合后的混合砂能弥补二者的不足，可使混合砂颗粒总体粒型、空隙率、比表面积均得到改善，并能在混凝土中取得良好的效果。

　　试验中将机制砂与细砂按1 ∶ 1 混合后，细度模数增加为2.6，级配基本符合II 区砂要求，0.315mm 以下颗粒含量为32%。

　　由试验结果可知：使用天然中砂拌制的混凝土用水量最少，和易性最好，强度最高；使用天然细砂拌制的混凝土用水量最多，和易性最差，泌水大，强度最低；将机制砂和细砂按1 ∶ 1混合拌制的混凝土用水量虽然也较高，但和合物和易性良好，泌水量少，强度虽比用天然砂的混凝土略低，但比使用细砂的混土强度要高。

　　试验结果表明：我们通过对机制砂的颗粒级配及细砂的级配情况的分析，经试验来确定两者的掺量，从而可以使混合后的细集料级配得到优化，使混凝土具有良好的工作性，满足混凝土泵送及强度要求。

　　2.2　石粉含量对混凝土质量的影响

　　在机制砂的生产过程中，可能会同时带入一定量的泥，按照传统的含泥量检测方法不能区分石粉和泥的含量，给生产和使用都带来了一定的困难。新标准GB/T 14684-2001 特别规定在石粉含量测定前先要进行亚甲蓝ＭＢ值测定或进行亚甲蓝快速试验，以此来判别泥的含量。石粉与泥是两种不同的物质，其成分不同，颗粒分布也不同，在混凝土中发挥的作用也不同。泥没有水泥的水化能力，不能象水泥一样和集料相互结合产生强度；不能象砂、石一样在混凝土中起骨架作用；只相当于在水泥石中引入了一定数量的空洞和缺陷，增加了水泥石的空隙率，并且这些孔大多在几十到几百微米的范围内，甚至更大，严重影响水泥石的强度；泥质组分大幅度增加了混凝土的用水量，加大了混凝土的实际水灰比，降低了水泥石的强度。而适量的石粉能起到非活性填充料作用，增加浆体的数量，减小水泥石的空隙率，使水泥石更密实，由此提高了混凝土的综合性能，同时由于浆体的增加，改善混凝土的和易性，从而提高了混凝土强度，来弥补机制砂表面形状造成的和易性下降和用水量上升造成的强度下降。

　　以表3 中试-7 配合比为基础，选用不同石粉含量的机制砂进行试拌，观测拌和混凝土的用水量及28 天强度。试验结果列于表5。

　　由表5 可知，在同一配比中，随着石粉含量的增加，拌和物用水量有上升趋势，但混凝土强度并没有下降趋势，在石粉含量一定范围内，石粉含量增加，混凝土强度同样上升。试验中石粉掺量为3% 的混凝土拌和物和易性较差，保水性差，随着石粉含量的增加，和易性明显改善，泌水少且易于振实。因此，机制砂在泵送混凝土生产中，适量石粉对增加混凝土泵送性能十分有利，特别在低标号混凝土中，能有效提高混凝土和易性及减少泌水量，且混凝土强度不会下降。

　　4　机制砂的使用对混凝土成本的影响

　　根据建筑市场对原材料单价的统计，机制砂和细砂单价均比天然中砂低，试-4、试-8、试-12 配合比成本分别与试-1、试-5、试-9 相同，配比中分别增加10kg 水泥和适量外加剂，保持拌合物坍落度相同，来进行强度比较。由试验结果可知：在成本、坍落度相同条件下，机制砂和细砂按1 ∶ 1 混合后使用，其强度与天然中砂基本接近，随着混凝土强度等级升高，其强度比使用天然砂时大。因此，合理选用机制砂掺用比例，调整混合砂的颗粒分布是完全能配制出性能良好的预拌混凝土，且混凝土成本不会上升，反而可能下降。

　　5　结语

　　通过以上分析讨论和相关试验验证，作者认为：

　　（1）机制砂完全能在预拌混凝土中应用，并且质量是有保证的。

　　（2）机制砂的使用不会造成混凝土成本上升。

　　（3）在预拌混凝土的使用中，必须根据原材料情况、混凝土强度等级、工程部位来选择机制砂的掺量。

　　参考文献

　　[1] 建筑材料（第三版）［M］. 北京：中国建筑工业出版社，1988：56-59.