机制砂混凝土质量管控要点研究

机制砂混凝土质量管控要点研究

聂佳林

  中铁上海工程局集团第一工程有限公司  江苏 南京    211100

摘要：我国幅员辽阔，可利用的机制砂母岩种类繁多，不同岩性的机制砂对混凝土的影响均有差异，目前研究石灰岩和玄武岩偏多，但其他岩性的机制砂或石粉对混凝土的作用仍偏少。单一研究石粉对机制砂混凝土性能较多，而多因素共同作用下，机制砂混凝土的性能缺乏系统研究。石粉对机制砂混泥土的整体性能影响复杂，且石粉对高低标高混凝土影响亦不相同，而当前的规范对石粉含量过于单一，应采用辅助指标进行规定。

关键词：机制砂混凝土；质量管控；要点

引言

通过对机制砂的主要特点进行分析讨论，提出明确机制砂对混凝土性能的具体影响、合理选择材料、科学设计配合比等一系列控制机制砂混凝土质量的有效对策，从而充分发挥机制砂混凝土的性能优势，满足建筑工程要求。

1机制砂混凝土物理力学性能影响因素

国家标准《建设用砂》（GB/T14684—2011）中给出机制砂的定义和各项性能指标，按照技术等级将机制砂划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，每种等级的机制砂的技术要求和适用范围不同。机制砂的制备流程有繁有简，主要与原料的进料粒度和物料性质有关，分为干法、半干法和湿法制砂等3种生产工艺，主要包括块石、粗碎、中碎、细碎、筛分和水洗（脱水）等程序。

天然砂是岩石等经由河流的长期冲刷侵蚀作用自然形成的岩石颗粒，棱角比较圆润；机制砂是经制砂设备粉碎磨细而成，颗粒具有棱角分明、不规则形状多等特点，因此机制砂与水泥基胶凝材料间具有更良好的黏合性能。机制砂是由母岩破碎磨细制成的颗粒，因此其主要成分与母岩一致，原料来源不同的机制砂性能指标存在差异。机制砂的压碎指标能够在一定程度上反映出集料自身的强度，集料强度越高，相应机制砂混凝土的抗压强度也越高。不同岩性的机制砂其表面的粗糙程度和纹理结构也有所差异，砂的粗糙表面和凹凸结构能增强集料与水泥基胶凝材料之间的黏合力，有利于提高混凝土的抗压强度。

由于粉碎和磨细等工序，机制砂生产过程中往往伴随产生大量的石粉，石粉含量大是机制砂不同于天然河砂的一个重要特征。石粉指粒径＜0.075mm的磨细矿物粉末，与水泥等胶凝材料的化学相容性较差，但石粉与水泥石之间有较好的黏结性能，在混凝土的骨架内部可起到微集料的填充效应，可使水泥石结构更密实，有利于提高混凝土的抗压强度等物理力学性能。此外，通过调整生产工艺可人为控制机制砂的细度模数，生产满足级配要求的机制砂，对混凝土的质量进行控制。

2机制砂混凝土质量控制策略探究

2.1明确机制砂对混凝土性能的具体影响

（1）工作性。当机制砂混凝土与天然砂混凝土的配比相同时，前者的塌落度以及扩展程度都低于后者，究其原因在于机制砂的吸水率极高并存在大量石粉，若石粉含量过低容易造成低强度混凝土产生泌水现象，且黏聚性也会降低，如果石粉含量过高，则会导致混凝土塑性、屈服应力提升，破坏混凝土的流动性。因此在实际配制时需要把控好石粉含量，认识到粉体对混凝土水泥浆体积的膨胀作用，避免过高的石粉含量引发需水量的增加，不利于混凝土的工作性。

（2）力学性质。根据实验调查显示，当机制砂混凝土与天然砂混凝土配合比一致时，前者的抗压强度要优于后者，并且若两者坍落度相同，石粉含量较多的机制砂混凝土的实际强度会小于天然砂混凝土，如果使用机制砂替代天然砂混凝土，则会在替代率最优时使混凝土强度达到最大化。根据研究者实验表明，人工砂再生集料混凝土在28d时的抗压强度与天然砂混凝土相比要高出5%~10%左右。

（3）体积稳定性。机制砂对混凝土收缩性能的影响在一定程度上与龄期以及石粉含量有关，但当前所取得的实验结论尚不一致。部分研究人员认为石粉含量在低于某一数值后，混凝土的收缩能力将会与石粉含量保持正比关系，如果石粉含量高于某一数值，则混凝土收缩性能又会与石粉含量保持反比关系。还有部分研究人员认为机制砂混凝土处在早龄期时收缩性能要优于天然砂，直至后期收缩性能才与天然砂大致相同。同时机制砂混凝土的早期开裂能力低于河砂混凝土，但在添加一定量的粉煤灰后，其开裂性能会大幅度提升，若在此基础上加入石粉，则混凝土抗裂性又会被进一步削弱。若石粉含量高于7%，混凝土产生裂缝的时间会小幅度提前，单位面积的开裂程度得到提升。

2.2合理选择材料、科学设计配合比

第一，要选择低泥粉含量的机制砂，由于泥粉本身对混凝土性能影响较高，其中细集料的含泥量越高混凝土的强度便越低，且还会造成减水剂减水率的衰减，破坏混凝土的工作性，使用水量大幅度提升。因此最优选择应为在石料破碎前进行水洗的机制砂。第二，需要依照混凝土应用环境选择石粉含量适中的机制砂，需要在选择过程中充分考虑环境对混凝土耐久性、体积稳定性产生的影响。同时要注意对于部分强度有要求的混凝土部位可适当提高石粉含量，若混凝土本身的抗裂度要求偏高，则要尽可能将石粉含量降到最低。第三，要充分考虑生产机制砂原材料矿物组成不同对机制砂工作性能的影响，例如风化岩含量过高会导致搅拌运输过程中机制砂结构的破裂导致砂比表面积增大混凝土失去流动性，原石材中磷酸盐含量过高会导致外加剂吸附等。第四，要依照不同材料拌制多个备用配合比，相较于天然砂，机制砂的性能波动幅度更大，为了避免出现意外状况，需要需要拌制多个备用配合比，以此更好地实现混凝土质量把控。

2.3性能检测

不同的检测方法分别对应机制砂混凝土不同的应用性能与结构组成，其具体的检测方法可分为：超声波检测，是指使用超声波检测仪对混凝土表面与内部质量进行检查，利用设备发出的超声波传递至混凝土材料上，并对接收到的声音进行分析研究，若混凝土本身存在漏孔，则可使检测人员在显示界面清晰的看到数位信号的跳动，以此判断混凝土内部是否具有空洞，实现混凝土强度的确定，该检测方法的优点在于灵敏度高、成本费用较低，不会在检测过程产生污染物，能够及时、准确的完成缺陷位置的定位与定量，但也存在抗干扰能力较差，容易受主客观因素影响，使测量结果出现误差；钻芯法检测，该方法是使用专用钻机，从混凝土中直接钻取芯样用以检查混凝土实际强度，并观察其内部质量，虽然该方法的检测效率较高、工艺手段相对简易，但由于会对混凝土结构造成一定程度的损伤，因此只有在特定情况下才会采取钻芯法进行检测，比如：对样品检测结果保持怀疑；混凝土本身存在质量问题等；回弹法，首先清理打磨混凝土构件表面的浮浆层，再使用回弹仪对其水平表面进行回弹测定，最后再采用凿孔的方式向其破坏面喷入酚酞试剂，使用混凝土碳化深度仪测量其碳化深度用于修正强度，最后再根据当地的测强曲线计算其强度值。记录此时的数值，该数据即是混凝土的实际强度。

结束语

随着我国城镇化进程和基础建设的不断发展，混凝土的需求日益剧增，目前其用量早已超过100亿t，而砂作为混凝土细骨料，其含量占总骨料约1/3。混凝土所用砂主要分为：天然砂和机制砂，天然砂作为混凝土的理想细骨料使用时间长，积累丰富的工程应用经验，相关的建设标准规范也很齐全，但随着混凝土的用量剧增，天然砂资源也面临枯竭，且天然砂自然分布不均匀，过度开采天然砂易打破当地生态平衡，造成环境破坏。因此一些河砂资源匮乏的地区开始寻求天然砂的替代品，机制砂应运而生。

参考文献

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