機(jī)制砂在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的應(yīng)用

我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模建設(shè)高潮。砂石是混凝土的主要成分，占比達(dá)80%左右。按原料來源可分為河砂（包括湖砂）、海砂、山砂等天然砂和機(jī)制砂，長久以來，我國建筑所用的砂石主要是河砂。近年來，由于砂價(jià)格暴漲，造成砂盜采現(xiàn)象嚴(yán)重。盜采砂造成河道千瘡百孔，對河道生態(tài)、防洪、航道安全等造成巨大破壞。機(jī)制砂被業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為是河砂的替代品且優(yōu)勢明顯。本文主要介紹了機(jī)制砂和機(jī)制砂混凝土的特點(diǎn)及其應(yīng)用前景。

1 機(jī)制砂應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀

機(jī)制砂是經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑＜4.75mm的巖石顆粒。機(jī)制砂原料充足，只要有石頭的地方就可以生產(chǎn)機(jī)制砂，城市建筑廢料和礦山尾礦也可開發(fā)成機(jī)制砂原料。相較于河砂，使用高品質(zhì)機(jī)制砂能更好地控制建筑質(zhì)量。穩(wěn)定而低廉的價(jià)格是機(jī)制砂最大優(yōu)勢。

在美、英、日等發(fā)達(dá)國家，應(yīng)用機(jī)制砂作為混凝土細(xì)骨料的歷史已超過30 a，在各種建筑工程中應(yīng)用比較普遍，關(guān)于機(jī)制砂的材料與試驗(yàn)、使用標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善。而我國在建筑方面采用機(jī)制砂從20世紀(jì)60年代已經(jīng)起步。1973年國家建委在貴州省召開了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用的論證會(huì)，通過建材業(yè)和建筑業(yè)的經(jīng)驗(yàn)交流，肯定了研究成果并制定了《機(jī)制砂混凝土技術(shù)規(guī)程》。自此，機(jī)制砂的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大，由建筑行業(yè)擴(kuò)大到公路、鐵路、水電、冶金等系統(tǒng)。

但縱觀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，機(jī)制砂的應(yīng)用與研究仍然存在明顯不足。主要表現(xiàn)在2方面。

1）機(jī)制砂標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。外國標(biāo)準(zhǔn)對機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)有明確規(guī)定的有美國ASTMC33-2001、日本JISA 5005：1993、澳大利亞的 AS2758.1-1998、英國 BS882：1992和 CENBS EN12620：2002以及法國的 NF P18-540：19970。我國一些標(biāo)準(zhǔn)也對機(jī)制砂的技術(shù)指標(biāo)做了相應(yīng)規(guī)定如GB/T 14684—2001《建筑用砂》、JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》、DL/T 5144—2001《水工混凝土施工規(guī)范》、JTGTB07-01—2006《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐技術(shù)規(guī)范》、TB 10005—2010《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》、JGJ/T 241—2011《人工砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，JTG/TF 50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)程》等。解讀各標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范發(fā)現(xiàn)，對機(jī)制砂技術(shù)指標(biāo)規(guī)定不同之處主要有母巖的要求、機(jī)制砂級配的劃分，特別是機(jī)制砂中石粉含量的限值問題。

2）機(jī)制砂對混凝土性能的影響研究不充分。機(jī)制砂的主要質(zhì)量指標(biāo)有石粉含量及細(xì)度、表觀密度、空隙率、細(xì)度模數(shù)、級配曲線等。其中石粉含量、級配曲線對混凝土性能的顯著影響存在較大分歧。機(jī)制砂中石粉對混凝土的工作性、強(qiáng)度、耐久性和體積穩(wěn)定性都有影響，這些影響因研究者、選材、研究對象、出發(fā)點(diǎn)不同得出的結(jié)論也不同。在石粉對混凝土工作性影響研究方面，有石粉對工作性的影響利弊的分歧和最佳工作性時(shí)石粉含量的限值不同等結(jié)論。機(jī)制砂的級配是由制砂設(shè)備和工藝決定的。在實(shí)際工程中，用滿足天然砂的級配要求的機(jī)制砂，配制出的混凝土離析泌水嚴(yán)重，這使人們對機(jī)制砂的使用存有疑慮。有的學(xué)者認(rèn)為細(xì)集料級配標(biāo)準(zhǔn)只適合球形顆粒，不適合非球形的機(jī)制砂，按照細(xì)集料的規(guī)范未必能配制出工作性好的混凝土。

2 機(jī)制砂對混凝土性能的影響

1）機(jī)制砂對混凝土工作性的影響。石粉是機(jī)制砂對混凝土工作性影響最顯著的部分之一。但是許多研究人員關(guān)于石粉對機(jī)制砂混凝土工作性影響方面的結(jié)論不一致。一部分學(xué)者認(rèn)為：石粉的比表面積有相對很大，會(huì)增大拌和混凝土的用水量，相同用水量條件下，混凝土比較干稠，和易性差。另一部分認(rèn)為：石粉混凝土工作性影響存在一個(gè)最佳石粉含量，在最佳石粉含量內(nèi)，石粉含量越大工作越好，超過了最佳石粉含量，石粉越多工作性反而下降。

機(jī)制砂級配對混凝土的工作性有很大影響。機(jī)制砂的粒級分布不均勻會(huì)導(dǎo)致拌和物工作性差。研究表明采用連續(xù)分布的粒級得到的拌和物有更好的工作性。外國學(xué)者P.N Quiroga研究了不同機(jī)制砂級配對混凝土流動(dòng)性的影響，結(jié)果表明不同級配對流動(dòng)性影響很大，坍落度最高差別達(dá)到175mm。

2）機(jī)制砂對混凝土力學(xué)性能的影響。優(yōu)良的機(jī)制砂取代河砂配制出的混凝土強(qiáng)度高幾乎已是不爭的事實(shí)。一般從機(jī)制砂粒型、石粉含量、級配等方面來研究機(jī)制砂對混凝土力學(xué)性能的影響。

機(jī)制砂形狀尖銳、質(zhì)地粗糙可以增加漿體和集料間的互鎖效應(yīng)，從而提高強(qiáng)度，特別是抗折強(qiáng)度。另外集料表面的紋理對強(qiáng)度也有顯著的影響。

石粉對機(jī)制砂混凝土力學(xué)性能的影響主要表現(xiàn)石粉的填充作用和石粉對混凝土的水化反應(yīng)的影響，石粉的填充作用對混凝土中集料和漿體界面過渡區(qū)有影響。石粉含量為5%時(shí)，機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度最大，可以明顯改善混凝土的孔隙特征，改善水泥基體和集料界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)并且對混凝土的晶相也有所改變。石粉含量10%的混凝土28 d抗折強(qiáng)度比不摻石粉提高了10%；石粉含量30%的混凝土抗折強(qiáng)度較對比樣則下降了10%。

機(jī)制砂的級配對混凝土強(qiáng)度的影響主要是通過影響工作性來影響硬化后混凝土的力學(xué)性能。原則上說級配好的集料和級配差的集料均可以拌制出符合強(qiáng)度要求的混凝土，但是級配好的集料對于提高硬化混凝土的強(qiáng)度更有利。

3）機(jī)制砂對混凝土耐久性的影響。機(jī)制砂的粒型和級配對混凝土的耐久性會(huì)產(chǎn)生一定的影響。其石粉的減水效應(yīng)、密實(shí)效應(yīng)和水化效應(yīng)對混凝土的耐久性有很大影響。

大量研究表明良好的粒型配制出的混凝土工作性更加優(yōu)異，比起粒型差的機(jī)制砂達(dá)到相同的工作性可以減少水泥的用量和用水量，從而減少混凝土中的孔隙，減少收縮，增強(qiáng)混凝土的耐久性。

石粉可以改善機(jī)制砂混凝土易離析泌水的缺點(diǎn)，改善水泥漿與骨料的過渡區(qū)，細(xì)化甚至隔斷混凝土的毛細(xì)孔，提高混凝土的抗?jié)B性。機(jī)制砂中的石粉可以提高集料的有效堆積，阻止在水泥水化過程中毛細(xì)孔道的形成，提高混凝土的抗?jié)B性。

3 結(jié)語

在國家政策的支持下，機(jī)制砂近年來發(fā)展迅猛。據(jù)中國砂石協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，機(jī)制砂市場占有率從2003年不到10%增長至2013年的49%，總產(chǎn)量超過20億t。未來隨著國家政策的進(jìn)一步落實(shí)，機(jī)制砂的發(fā)展將迎來更大的發(fā)展空間，這就要求有關(guān)部門加大監(jiān)管力度，淘汰落后工藝，保障高質(zhì)量機(jī)制砂的生產(chǎn)，滿足現(xiàn)代混凝土工藝的要求。

[1]劉娟紅，宋少民.綠色高性能混凝土技術(shù)與工程應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2011.

[2]蔡基偉.石粉對機(jī)制砂混凝土性能的影響及機(jī)理研究[D].武漢理工大學(xué)，2006.

[3]王稷良.機(jī)制砂特性對混凝土性能的影響及機(jī)理研究[D].武漢理工大學(xué)，2008.