蘭州地區(qū)機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用探討

張莉莉 趙山 田澍龍

（甘肅第六建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

改革開放以來，我國發(fā)展迅速的經(jīng)濟(jì)帶動(dòng)著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，對(duì)混凝土的需求量總體上一直呈上升趨勢，與混凝土相伴的砂的消耗量也是居高不下。目前我國大多數(shù)地區(qū)所用砂為天然砂，但隨著基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模的不斷加大，天然砂資源日益減少，混凝土用砂矛盾需求日益突出，迫切需求有新的替代天然砂的材料，機(jī)制砂自然成為最佳的選擇。本文將蘭州地區(qū)機(jī)制砂用于混凝土的配制，設(shè)計(jì)配制比例，研究了機(jī)制砂的性能及其對(duì)混凝土性能的影響，為蘭州地區(qū)機(jī)制砂的應(yīng)用提供參考。

1 機(jī)制砂混凝土的技術(shù)要求

使用機(jī)制砂生產(chǎn)的混凝土同樣要滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度，并且耐久性符合要求，運(yùn)輸中坍落度損失應(yīng)在合理控制范圍之內(nèi)，在施工現(xiàn)場保證正常泵送和澆筑。具體要求如下：

（1）雜質(zhì)會(huì)影響混凝土的穩(wěn)定性，因此用于混凝土的機(jī)制砂應(yīng)經(jīng)過清洗、篩分等流程，不可含有雜質(zhì)；

（2）如果是尾礦破碎生產(chǎn)的機(jī)制砂用于混凝土，需要符合安全的相關(guān)規(guī)范，且應(yīng)在生產(chǎn)時(shí)著重注意粉塵對(duì)空氣的污染等環(huán)保問題；

（3）混凝土用砂標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)砂子按照不同粒度分為粗砂、中砂、細(xì)砂和特細(xì)砂四種級(jí)別，用于混凝土的機(jī)制砂需要按照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其細(xì)度模數(shù)的劃分進(jìn)行選擇；

（4）用于混凝土的砂表觀密度≥2500kg/m3，砂子堆積密度≥1400kg/m2。總體來說，不管是什么原料生產(chǎn)的機(jī)制砂均應(yīng)符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求，如果砂中雜質(zhì)含量較大，可以選擇洗砂機(jī)清洗過濾雜質(zhì)。

2 混凝土原材料的選取

（1）水泥

根據(jù)混凝土凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、變形性和耐久性等方面的要求，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，宜優(yōu)先選用C3S含量高，C3A含量低于8%的普通硅酸鹽水泥。在保證強(qiáng)度的前提下，所選水泥還需滿足質(zhì)量穩(wěn)定、需水量低、流動(dòng)性好、活性較高等要求。本研究選用祁連山P·O42.5級(jí)散裝水泥，其性能指標(biāo)如表1所示。

表1 P·O42.5水泥的性能指標(biāo)

（2）粗骨料

粗集料的性能對(duì)混凝土的性能有較大影響，其中最主要的是集料的強(qiáng)度與界面的黏結(jié)力，以及骨料的物理性能和化學(xué)成分。粗集料的顆粒強(qiáng)度、針片狀顆粒含量、含泥量及最大粒徑等也是高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度和性能的控制因素，選用蘭州雁灘5~25mm碎石，其性能指標(biāo)如表2所示。

表2 粗骨料性能指標(biāo)

（3）外加劑

外加劑宜選擇減水率高、坍落度損失小、適量引氣、低收縮率比的高性能減水劑。由于石粉含量的存在以及機(jī)制砂破碎面吸水等因素，機(jī)制砂混凝土用水量往往比天然砂混凝土大，使用減水率高的減水劑可以減少用水量，強(qiáng)度得到保障，同時(shí)也降低了水泥用量，節(jié)約了成本。另外，機(jī)制砂由碎石破碎而得，棱角比較多，混凝土中骨料之間的摩擦阻力大，在保證強(qiáng)度的前提下可使用適量的引氣外加劑，一定程度上提高混凝土骨料之間的潤滑性，從而提高混凝土的流動(dòng)性等。根據(jù)要求選用蘭州地區(qū)偉業(yè)公司所生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，高性能減水劑其性能指標(biāo)如表3所示。

表3 聚羧酸高性能減水劑指標(biāo)

（4）摻合料

粉煤灰顆粒為珠狀體，機(jī)制砂混凝土摻入粉煤灰可以提高拌和物的保水性、粘聚性等性能，減少泌水，提高抗離析能力，保持混凝土良好的勻質(zhì)性。同時(shí)機(jī)制砂配比中膠凝材料用量相對(duì)提高，也可降低成本。選用西固電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其性能指標(biāo)如表4所示。

表4 粉煤灰性能的指標(biāo)

（5）拌和水

采用飲用水，水中不得含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，pH值應(yīng)≥4。

（6）機(jī)制砂

選取甘肅建投礦業(yè)公司生產(chǎn)的機(jī)制砂，各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)見表5~10。根據(jù)表5試驗(yàn)數(shù)據(jù)得機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)U=3.2、含石量1.0%；根據(jù)表6試驗(yàn)數(shù)據(jù)得機(jī)制砂總壓碎值Y=25.7%。

表5 機(jī)制砂篩分試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 機(jī)制砂壓碎值試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表7 機(jī)制砂石粉含量試驗(yàn)數(shù)據(jù)（亞甲藍(lán)法）

表8 機(jī)制砂吸水率試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表9 機(jī)制砂密度試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表10 膠砂強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

（1）根據(jù)選定的原材料進(jìn)行試驗(yàn)，優(yōu)化混凝土的各項(xiàng)性能，最終確定滿足設(shè)計(jì)要求的施工混凝土。以C30為依據(jù)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)（見表11）。

表11 C30機(jī)制砂混凝土配合比

（2）該配合比經(jīng)大量平行試驗(yàn)，其基本工作性能見表12。

表12 C30混凝土性能

（3）配合比的確定及強(qiáng)度對(duì)比（見表13）。

表13 試配配比及強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)

以上試驗(yàn)表明，在科學(xué)的配比設(shè)計(jì)下，機(jī)制砂拌制混凝土的坍落度與基準(zhǔn)保持一致，和易性良好，無泌水、抓地、離析、分層等現(xiàn)象，各項(xiàng)指標(biāo)良好。

4 結(jié)束語

目前，機(jī)制砂混凝土與天然砂混凝土相比，在性能方面還有所差別，尤其是高性能、高強(qiáng)度混凝土的研制情況，還需要進(jìn)一步改善，比如砂率、石粉含量，是否摻用礦物細(xì)摻料及摻量的多少等，并沒有取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。同時(shí)，由于機(jī)制砂質(zhì)地粗糙，表面棱角分明，導(dǎo)致混凝土的流動(dòng)性較差。此外，在制備高強(qiáng)混凝土?xí)r，需要大量的膠凝材料，除了石粉以外，還需要添加硅粉以提升混凝土的強(qiáng)度，但是，隨著石粉含量的增加，需水量也相應(yīng)增大，進(jìn)而增加了混凝土的黏度，這樣，將直接影響混凝土各方面的性能，給工程施工帶來諸多不利影響。

機(jī)制砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)是決定機(jī)制砂混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)，因此在生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制機(jī)制砂質(zhì)量，特別是石粉含量、壓碎指標(biāo)這兩個(gè)主要指標(biāo)；現(xiàn)階段由于推廣面小，對(duì)機(jī)制砂混凝土缺乏認(rèn)識(shí)，必須加強(qiáng)對(duì)機(jī)制砂混凝土的試配研究，優(yōu)化機(jī)制砂配合比的設(shè)計(jì)?？偟膩碚f，機(jī)制砂用于混凝士中既可以緩解天然砂資源的不足，又可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保效益，機(jī)制砂混凝土將成為以后主要的發(fā)展方向。