淺談機(jī)制砂對(duì)混凝土質(zhì)量的影響

呂錦輝

甘肅省地處西北干旱地區(qū)，境內(nèi)河流稀少，僅有的涇河、渭河等河流流量較少，河砂的形成條件先天發(fā)育不良。隨著河砂開采數(shù)量的減少，其價(jià)格在上漲的同時(shí)質(zhì)量卻發(fā)生嚴(yán)重下滑，具體表現(xiàn)在含泥量超標(biāo)、級(jí)配不合格等。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，不少地方出現(xiàn)了采用未經(jīng)水洗的山砂和風(fēng)化砂冒充當(dāng)河砂的情況，采用上述不合格砂拌制的混凝土需水量大，現(xiàn)場(chǎng)坍落度損失嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)施工配合比無法控制，澆筑的混凝土實(shí)體易出現(xiàn)裂縫、色差等病害，甚者強(qiáng)度無法滿足設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)重影響了工程質(zhì)量。

機(jī)制砂的級(jí)配;石粉含量與含泥量;堅(jiān)固性與風(fēng)化顆粒含量

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甘肅省內(nèi)的機(jī)制砂破碎工藝主要有三種，一種是直接將碎石生產(chǎn)的底料整形或不整形篩分后得到機(jī)制砂，這樣生產(chǎn)的機(jī)制砂大部分為反擊破或錘破砂，少部分為圓錐破生產(chǎn)的輥壓砂，第二種是添加了圓錐破作為細(xì)碎的砂石聯(lián)產(chǎn)生產(chǎn)線，這樣生產(chǎn)的機(jī)制砂大部分為輥壓砂，第三種是采用V7干法砂石聯(lián)產(chǎn)工藝附帶空氣篩整形篩分工藝，這樣生產(chǎn)的砂大部分為傳統(tǒng)意義上的沖立砂。國(guó)內(nèi)已有機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝對(duì)質(zhì)量影響的研究表明：機(jī)制砂的長(zhǎng)徑比與圓度較大，針片狀顆粒較多，反擊破生產(chǎn)的長(zhǎng)徑比較小，依次是輥壓砂、錘破砂和沖立砂，天然砂的粗糙度最小，而輥壓砂和錘破砂最多。機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝是影響機(jī)制砂質(zhì)量的關(guān)鍵。研究顯示，當(dāng)母巖相同時(shí)，采用沖立砂配制的混凝土流動(dòng)性比輥壓砂好，這是由于沖立砂大部分采用石打鐵或石打石工藝生產(chǎn)，而輥壓砂是將石料在兩個(gè)輥之間擠壓破碎得到，因此沖立砂的表面粗糙度較小，顆粒較圓潤(rùn)。在相同的配合比條件下，沖立砂的強(qiáng)度也高于其他工藝機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度。

根據(jù)甘肅省地方標(biāo)準(zhǔn)編制組與本課題組的調(diào)查，甘肅省內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)制砂級(jí)配全部處于1區(qū)和2區(qū)，無3區(qū)砂。試驗(yàn)結(jié)果顯示絕大多數(shù)的機(jī)制砂0.3～1.18mm顆粒少，尤其以0.6mm顆粒最明顯，1.18～4.75mm粗顆粒和0.075mm以下粉料多，級(jí)配體現(xiàn)出兩頭多中間少的特點(diǎn)。干法生產(chǎn)的機(jī)制砂粉料較多但級(jí)配較為合理，而濕法生產(chǎn)的機(jī)制砂粉料較少且級(jí)配較差。對(duì)于機(jī)制砂級(jí)配優(yōu)劣，可以采用篩分試驗(yàn)法判斷，國(guó)內(nèi)研究指出可以采用堆積密度試驗(yàn)法與坍落狀態(tài)觀察法，級(jí)配較好的機(jī)制砂其堆積密度較大，坍落狀態(tài)接近河砂的機(jī)制砂其級(jí)配較好。

國(guó)內(nèi)在石粉含量與含泥量對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響方面已有大量的研究，且結(jié)論也較一致。

由于石粉在混凝土中起到填充和為水泥水化結(jié)晶提供晶核的作用，一定含量的石粉對(duì)于混凝土的和易性和強(qiáng)度均有改善和提高作用。研究顯示，對(duì)于C30、C40等水膠比較大的混凝土，石粉的最佳含量在15%左右，而對(duì)于C50、C60等水膠比較小的混凝土，膠凝材料用量較多的混凝土，石粉的最佳含量在10%左右，當(dāng)然前提都是MBV要合格。過少的石粉含量會(huì)導(dǎo)致單位用水量較大的混凝土出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象，一旦澆筑后的混凝土出現(xiàn)大量泌水，則不可避免的會(huì)出現(xiàn)表面干縮裂縫，因此低標(biāo)號(hào)混凝土應(yīng)適當(dāng)選用石粉含量較高的機(jī)制砂，否則應(yīng)在混凝土中超量摻加一部分礦物摻合料;對(duì)于高標(biāo)號(hào)混凝土，一方面混凝土的單位用水量較小，另一方面混凝土中的膠凝材料較多，因此過多的石粉反而會(huì)吸附水分導(dǎo)致流動(dòng)性變差，造成混凝土干硬。

當(dāng)機(jī)制砂中的泥含量超標(biāo)時(shí)，由于泥土中含有大量能夠強(qiáng)吸附減水劑聚羧酸分子的成分，因此導(dǎo)致水泥顆粒吸附的減水劑數(shù)量減少，減水劑則不能充分發(fā)揮分散作用，因此泥的增加從實(shí)質(zhì)上降低了減水劑的減水率。相關(guān)研究人員采取將泥洗去后配制的混凝土，發(fā)現(xiàn)相同配合比的坍落度大幅度增加，但由于洗泥的過程不可避免的帶走了部分石粉，因此也出現(xiàn)了輕微離析和泌水現(xiàn)象。當(dāng)前國(guó)內(nèi)主要采用亞甲藍(lán)測(cè)定機(jī)制砂中的含泥量，研究表明當(dāng)MB值低于某一界限（大致為規(guī)范規(guī)定的1.40）時(shí)，含泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大，甚至出現(xiàn)強(qiáng)度隨MB值增大而增大的現(xiàn)象，但當(dāng)MBV超過1.40時(shí)，隨著MB的增加，混凝土的強(qiáng)度大幅下降。總體來說機(jī)制砂中的含泥量超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性變差，在工程實(shí)際應(yīng)用中會(huì)不可避免的造成工人在施工中加水的情況，引起極大的質(zhì)量隱患。

根據(jù)甘肅省地方標(biāo)準(zhǔn)編制組的調(diào)查，當(dāng)前省內(nèi)生產(chǎn)的機(jī)制砂堅(jiān)固性都在三類混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，省內(nèi)公路主體工程施工的配合比范圍大致在C25～C50之間，以C30～C50最多，因此進(jìn)場(chǎng)的機(jī)制砂應(yīng)符合II類混凝土用砂要求。值得注意的是部分規(guī)模較小、實(shí)力較弱的生產(chǎn)廠家，在生產(chǎn)石料時(shí)對(duì)山體覆蓋層的清理不夠徹底，導(dǎo)致一部分風(fēng)化石料進(jìn)入生產(chǎn)線，風(fēng)化石由于強(qiáng)度低，在破碎時(shí)大部分進(jìn)入了小料，大量夾雜在機(jī)制砂中。機(jī)制砂中風(fēng)化顆粒的含量增加一方面使其外觀發(fā)紅或發(fā)黃，另一方面大量的風(fēng)化顆粒吸水嚴(yán)重，導(dǎo)致機(jī)制砂混凝土單位用水量猛增（增加達(dá)20～40kg），嚴(yán)重影響機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度與耐久性。

當(dāng)前省內(nèi)大部分公路工程混凝土配合比中都摻加外加劑，對(duì)于機(jī)制砂混凝土，由于其單位用水量較河砂混凝土大，不摻加外加劑一方面使得單位用水量偏大造成混凝土泌水，另一方面會(huì)浪費(fèi)大量的水泥，既不利于混凝土的強(qiáng)度和耐久性也不利于節(jié)能環(huán)保。實(shí)踐證明，不同廠家生產(chǎn)的減水劑對(duì)膠凝材料中的水泥以及細(xì)集料有不同的反應(yīng)。減水劑對(duì)機(jī)制砂混凝土的影響大于河砂，主要原因是機(jī)制砂的表面微觀構(gòu)造、石粉含量、含泥量對(duì)不同減水劑中的各種成分的吸附性能不同。

適宜的配合比決定了機(jī)制砂混凝土在工程中的可用性，本課題組在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，在機(jī)制砂混凝土配合比中，首先要有合理的單位用水量，單位用水量不足會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)制砂的工作性能，其次應(yīng)當(dāng)進(jìn)行試配以確定最佳砂率，砂率過大或過小都會(huì)導(dǎo)致混凝土工作性能不良。減水劑的摻量應(yīng)確保機(jī)制砂混凝土中有足夠的用水量，在減水劑減水率較高時(shí)應(yīng)降低摻量確保用水量，否則會(huì)導(dǎo)致混凝土坍落度滿足要求，但外觀干硬，流動(dòng)性差。

機(jī)制砂混凝土在攪拌前，應(yīng)嚴(yán)格測(cè)定粗細(xì)集料的含水率，本課題組各工地試驗(yàn)室均在現(xiàn)場(chǎng)配備了微波爐等設(shè)備，可以在攪拌前快速得出粗細(xì)集料的含水率。

攪拌時(shí)間不足會(huì)導(dǎo)致混凝土處于“夾生”狀態(tài)，影響和易性，且易導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)操作和試驗(yàn)人員發(fā)生誤判而錯(cuò)誤的調(diào)整配合比。

試驗(yàn)人員和操作人員應(yīng)在混凝土拌和過程中密切觀察混凝土的狀態(tài)，并及時(shí)與前場(chǎng)澆筑工作面的技術(shù)人員溝通，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)整。

混凝土在運(yùn)輸過程中發(fā)生的性能變化常常被歸咎于坍落度損失或減水劑發(fā)生后擴(kuò)現(xiàn)場(chǎng)，但在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，常有罐車司機(jī)為了防止罐口下料時(shí)堆積的混凝土在運(yùn)輸過程中硬化，將車開出后或接完混凝土后即放水沖洗罐口，導(dǎo)致罐內(nèi)混凝土水膠比改變，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后常常發(fā)現(xiàn)混凝土離析，極易造成誤判，部分罐車司機(jī)在澆筑完洗罐后將洗罐水未放干凈，待下次運(yùn)輸混凝土?xí)r也會(huì)導(dǎo)致混凝土離析泌水，導(dǎo)致混凝土無法澆筑只能報(bào)廢處理。

由于機(jī)制砂混凝土的流動(dòng)性較河砂差，即便是各種性能都滿足的河砂混凝土，在澆筑中工人為圖省事隨意加水的情況也屢見不鮮，由于加水超標(biāo)導(dǎo)致混凝土離析后又以混凝土不合格為由推卸責(zé)任的現(xiàn)象在施工現(xiàn)場(chǎng)常常出現(xiàn)。因此，在運(yùn)輸、澆筑、養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，更重要的是加強(qiáng)施工人員管理。

Gansu Province is located in the northwest arid area. There are few rivers in Gansu Province. There are only a few rivers such as Jinghe River and Weihe River. With the decrease of river sand mining quantity， the price of river sand is rising while the quality of river sand is declining seriously， which is manifested in the excessive mud content and unqualified gradation. Driven by the economic interests， many places have used mountain sand and weathered sand as river sand. The concrete mixed with unqualified sand needs a lot of water， the slump loss is serious， the mix proportion of construction can not be controlled， and the concrete body is prone to crack， color difference and other diseases， even the strength can not meet the design requirements The project quality is affected

gradation of manufactured sand;stone powder content and mud content;firmness and weathered particle content