机制砂质量及机制砂混凝土性能研究--中国期刊网

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机制砂质量及机制砂混凝土性能研究

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陶雅亮王江亮刘杰

[导读] 摘要：机制砂是将开采的岩石经机械破碎、筛分而制成的人工砂，其生产和应用可以缓解因天然砂资源不足而出现的问题。

        中铁北京工程局集团有限公司北京 100080
        摘要：机制砂是将开采的岩石经机械破碎、筛分而制成的人工砂，其生产和应用可以缓解因天然砂资源不足而出现的问题。当前，因天然砂资源短缺和价格上涨，机制砂的生产和应用得到了较快发展，然而机制砂的质量不但与母材的岩性有关，还与机制砂的生产工艺有关，不同的破碎、筛分和除粉工艺对机制砂的粒形、级配、石粉含量等有重要影响，也直接造成了机制砂质量良莠不齐，阻碍了机制砂在混凝土中的广泛应用。。
        关键词：机制砂质量；机制砂混凝土性能；研究
        1机制砂的相关定义
        对比我国与国外的标准和规范可以看出，在对机制砂进行定义的过程中，不同国家有着不同的标准，我国不同地区的定义也不尽相同，表1为不同规范中的定义。
        表1不同标准规范中有关于机制砂的定义

        2机制砂的特有质量指标
        机制砂的特有质量指标大致可分为两类：一是有关机制砂的形貌特征，如粒形、表面粗糙度等；二是关于机制砂中特有成分石粉的指标，如石粉含量。
        2.1颗粒形貌
        由于母岩及生产工艺等因素的不同，机制砂粒形不规则、表面粗糙、颗粒尖锐富有棱角，且颗粒内部裂纹多、比表面积大。一般来说，棒磨式、锤式和冲击式破碎机生产的机制砂要优于反击式、圆锥式和辊压式破碎机生产的机制砂。机制砂的颗粒形状因不规则，难以准确表征。JTGE42—2005《公路工程集料试验规程》规定了细骨料棱角性试验方法：间隙率法和流动时间法，但试验误差较大。近年来，更多学者采用数字图像处理技术（DigitalImageProcessing）对骨料的棱角性特征进行分析。DIP技术是对颗粒进行正面投影，然后进行轮廓图像分析，从而可以采集到颗粒的圆球度、长宽比、半径比等参数，用以表征细骨料颗粒的粒形。GONCALVESJP采用DIP技术分析对比天然河砂与两种不同破碎方式（冲击破碎、圆锥破碎）机制砂的圆球度和长宽比后发现，圆锥式破碎机生产的机制砂圆球度最小、长宽比最大、颗粒棱角最多。
        2.2石粉含量
        不同国家对石粉含量的最高限值的规定也是不一样的，表2为不同地区的石粉含量的最高限值，从表2中我们可以看出，由于国家不同导致工程的施工措施不同，所以在对石粉含量进行计算的过程中，所考虑的影响因素也不一致，这就使石粉含量的最高限制存在差异，表中可以看出我国的石粉含量最高值是10%，欧洲为22%。
        3质量指标对混凝土性能的影响
        3.1颗粒形貌的影响
        由于机制砂的颗粒具有较多的棱角，所以各个颗粒之间具有较大的咬合力，颗粒之间的碰撞会使混凝土的工作性降低。当机制砂的粒级为2.36mm时，混凝土的流动性与颗粒形状的规则性息息相关。由于其表面的棱角多、粗糙且含有较多的针片状颗粒，所以在混凝土配置的过程中需要加入更多的水泥浆体，才能使混凝土的性能得到保障，一旦水泥浆体过少就可能出现离析的现象。在混凝土的生产过程中如果使用机制砂作为原材料，其生产出的混凝土比河砂拌制的混凝土强度高，产生这种结果的原因主要有：第一，机制砂的表面比较粗糙，从而使混凝土界面的黏结力增加；第二，在混凝土的高碱环境中，由于CaCO3是机制砂的主要成分，因此其可以有效的促进C3A及C3S的水化。除此之外，在砂的堆积过程中，堆积状态主要取决于颗粒的形貌，在水泥砂浆将空隙填充完成后，混凝土体系的密实度就会相应的增加，进而提高混凝土的抗压强度。但是部分学者则人为颗粒表面越光滑，混凝土拌合物的性能就越好，因此机制砂的粒形对混凝土性能的影响作用还需要更加深入的探讨。
        表2石粉含量最高限值

        3.2石粉含量的混凝土性能的影响
        由于母岩种类的不同，其产生石粉的成分及岩性都不进相同，导致混凝土的水化作用有很大的差异。根据经验可知，石灰岩是我国生产机制砂的主要材料，因此本文着重研究石灰石粉。
        （1）对混凝土工作性的影响
        虽然石粉可以有效的提高混凝土的粘聚性和保水性，是混凝土的离析心现象得到改善，但是如果混凝土中石粉含量过高，就会产生干稠的现象。部分学者认为，在混凝土的生产过程中石粉的掺量存在一个临界值，当石粉掺量在临界值以内，其可以使混凝土的流动性得到增加，但是石粉掺量超过这个临界值，拌合物的黏聚性就会增加，从而使混凝土的流动性降低。因此我们可以将机制砂中石粉的含量对混凝土工作性的影响分为负效应和正效应两种：负效应是指混凝土中的水分会被石粉吸收，导致混凝土拌合物的需水量增加；正效应使指在石粉会包裹着机制砂，使其形成浆体，进而减小颗粒中的摩擦，改善机制砂在粒形上的不足，当负效应小于正效应的时候，石粉的含量不利于混凝土的工作性，反之则有利于。当混凝土为中低强度的时候，石粉增加浆体含量，使混凝土的工作性得到提高；然而当混凝土的强度较高时，因其水灰比小，拌合物中胶凝材料用量多，所以不需要石粉改善混凝土的泌水现象，因此当石粉较多的时候，会吸收水分，使水泥水化反应无法正常进行，流动性降低，最终使混凝土的强度降低。综上，在混凝土的施工过程中，应该根据强度等级的不同对石粉含量的临界值进行界定，使其有助于提高混凝土的工作性。
        （2）对混凝土力学性能的影响
        第一，因为石粉的细度比较小，所以其可以起到一定的填充作用；第二，在混凝土材料体系中，石粉具有一定的水化活性，而且其水化所产生的产物结构密实。在混凝土拌合的早期，石灰石粉可以加快水泥的水化反应，有效的提高混凝土和砂浆的早期强度，但是由于石粉缺少活性效应，导致混凝土在90d后强度增加变慢，因此部分学者认为当石粉的含量小于13%的时候，混凝土后期的强度增加才不会受到影响。综上，在混凝土早期水化的过程中，石粉可以有效的促进其水化速度，提高早期强度，但是对后期强度的提高还需要更加深入的研究。
        （3）对混凝土耐久性能的影响
        微活性作用、化学作用、填充作用以及晶核作用都是石粉在水泥基材料中的作用，因此石粉可以影响到混凝土的耐久性能。石粉所存在的晶核效应可以有效的提高水泥的水化速度，有利于C-S-H凝胶等产物的析出，使混凝土的密实度得到提高，混凝土的抗渗等级增加，最终减小氯离子的扩散系数。在低强混凝土中，将石粉量从0提高到20%，可以使氯离子的渗透阻力增大，使混凝土的抗冻性降低；在高强混凝土中，将石粉的掺量从0增加到15%，混凝土的抗冻性并不会受到影响。当水灰比不变时，石粉的含量越高，混凝土的抗硫酸盐能力就越低。使用石粉代替部分水泥进行试验可以看出，石粉可以抑制碱骨料的反应。在混凝土中，石粉的活性小，体积稳定且细度小，所以其可以起到一定的分散和填充作用，使混凝土的收缩减小。在机制砂所制成的混凝土中石粉的含量一般不小于7%，早期的干缩值要比河砂混凝土大，但是在后期影响并不大，甚至还有所降低。综上，在一定范围内，石粉含量增加可以使混凝土的抗氯离子渗透性增加，减少碱骨料的反应，但是其并不利于抗硫酸盐侵蚀能力的提高。
        结束语
        在混凝土的施工过程中，可以使用机制砂代替天然砂，机制砂在石粉含量以及颗粒的形貌等指标上都与天然砂有很大的差异，所以混凝土的性能也存在一定的差异。本文主要以国内外的相关标准规范为依据，对不同规范中的机制砂的质量指标以及相关定义进行研究，并分析了在混凝土施工过程中机制砂质量指标对其性能的影响，希望借此为机制砂的应用提供参考。
        参考文献
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