不同种类的机制砂在混凝土中的应用研究

周全景

（天津市建设工程质量安全监督管理总队，天津 300000）

0 引言

随着城市建设的不断推进，混凝土建筑日益增多，作为非再生资源的混凝土原材料之一的天然河砂越来越少，且河砂的过度开采，会对河床和生态环境造成破坏，违背绿色环保的原则。目前各地已加大对于河砂开采的控制力度，部分地区甚至已禁止河砂开采，为保障混凝土行业绿色、良好、可持续发展，机制砂等新材料的研发和应用迫在眉睫。

机制砂作为天然河砂的替代材料具有许多优点。首先，机制砂生产过程便于控制，通过控制石材种类、生产设备、生产工艺等方法可为混凝土生产企业提供质量（坚固性、颗粒级配、粒形等）稳定的机制砂原材，同时机制砂没有类似于河砂的含水情况多变等因素，有利于推进混凝土生产过程质量控制。同时，机制砂是由石材破碎而成，粒形多棱角而不规则，经设备整形处理好后对混凝土的工作性能、结构密实性以及强度都有着极大的提高，可大范围应用于混凝土生产中。

1 原材料选择

1.1 水泥

本试验选用天津振兴水泥厂 P·O42.5 水泥，其性能指标要求见表 1。

表 1 水泥性能指标

1.2 掺合料

掺入矿物掺合料，可以提高混凝土的流动性和密实性，同时改善混凝土中骨料的界面效应，降低混凝土需水量。尤其是粉煤灰，其微观形态为圆球形，能够有效降低混凝土粘度，提高混凝土的流动性，从而改善混凝土泵送性能。矿粉和粉煤灰性能指标见表 2 和表 3。

1.3 骨料

配制混凝土宜选用 Ⅱ 区中砂以及 5～25mm 连续粒级的石子，优质的骨料搭配可以大幅改善混凝土的工作性能，同时提高混凝土内部结构的密实性。试验用石的性能指标见表 4，天然砂性能指标见表 5，所用石灰石矿石机制砂、铁尾矿石机制砂和天然砂的筛分结果见表6。

表 2 矿粉性能指标

表 3 粉煤灰性能指标

表 4 碎石性能指标

表 5 天然河砂性能指标

通过三种砂的筛分结果可以对比出，在筛底数量上，两种机制砂均远大于天然河砂。这些筛余物质可通过试验检测，用于混凝土中，改善混凝土和易性，同时少量替代混凝土掺合料。

1.4 外加剂

本次试验选用北京金隅科技有限公司生产的聚羧酸外加剂，依据 GB 8076—2008《混凝土外加剂》进行检测，其性能指标结果见表 7。

表 6 砂筛分结果

2 机制砂中筛余物质替代少量胶凝材料的对比试验

在机制砂中，含有较多的筛余物质，在理论上可以替代部分粉煤灰，用以替代混凝土中的胶凝材料，使得混凝土内部结构更加密实，从而改善混凝土的工作性能，提高混凝土的强度。

为便于比较，可用简易需水扩展度的方法来进行比较，即取 200g 粉煤灰（机制砂筛余物质）加 105g 水搅拌，测量扩展度的方法，将机制砂筛余物质与粉煤灰进行对比，对比结果见表 8。

3 机制砂在混凝土中的实际应用

针对两种不同种类的机制砂，设计 C30、C40 两个强度等级的配合比（表 9），进行试验室试配，对比其对混凝土工作性能以及最终强度的影响，见表 10。

表 8 两种机制砂筛底与粉煤灰性能对比

由上述试配结果可以看出，在工作性能方面，两种机制砂相对于天然砂而言出机坍落度与拓展度基本一致。1 小时之后坍落度以及拓展度损失基本一致。但在2 小时之后可以明显看出混凝土的保塑能力：石灰石矿石机制砂拌制的混凝土最优、天然砂拌制的混凝土次之、铁尾矿石机制砂拌制的混凝土保塑能力最差。在混凝土强度方面：石灰石矿石机制砂拌制的混凝土强度最高，天然砂拌制的混凝土强度次之，铁尾矿石机制砂拌制的混凝土强度最低。

表 9 混凝土配合比

表 10 混凝土性能结果对比

4 机制砂的制备工艺、生产设备及实际应用

目前，随着材料技术的不断发展，机制砂的制备工艺已经相对成熟。总的来说，机制砂的制备大体上包括原料输送、破碎、整形、筛分等关键环节。生产出的机制砂产品性能稳定、指标可控，从产品质量和生产稳定持续性上要比天然砂具备更多的优势。

5 总结

从上述试验结果以及各方面论述可以看出，机制砂作为河砂的替代材料，取材广泛、便捷，制备稳定、连续、可控，具有极强的实际应用性。并且在满足混凝土工作性能及强度要求的前提下，作为一种惰性材料，机制砂中的筛余物质可以部分替代混凝土中的掺合料，从而达到降低混凝土主材成本的目的。可以大范围的在实际混凝土生产中进行推广应用。