浅论机制砂与河砂对混凝土性能的影响

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　　摘要：河砂与机制砂对混凝土性能的影响直接关系到混凝土生产中用砂的选择，对于工程项目效益投入也有较大的影响，因此，研究河砂与机制砂对混凝土性能的影响具有重要的意义。本文首先概述了机制砂与河砂的使用现状，进而通过试验对比分析而这对混凝土性能的具体影响，最后提出了混凝土用砂质量要求。
　　关键词：机制砂；河砂；混凝土性能
　　1河砂与机制砂使用现状
　　近年来，随着各项建设事业的不断发展，对混凝土的需求量越来越多，而砂作为混凝土生产必不可少的一部分，对于混凝土的性能也有着较为重要的影响。在工程建设领域应用的砂的种类主要有河砂与机制砂，河砂作为一种资源，主要分布在河流的流域范围内，随着大量无节制的开采，目前天然河砂的利用普遍面临着开采难度大，河砂采购成本投入较大，资源不断减少的问题，这些都对工程建设项目的实施产生了不利的影响。此外，由于部分河砂由于含泥量较高，质量较差，反而影响了混凝土的强度及稳定性。面对河砂资源匮乏，价格较高以及质量控制困难的情况，寻找其替代材料成为混凝土用砂的研究重点。
　　目前，在混凝土中针对河砂替代的应用较多的主要是机制砂。机制砂是指经过碎石机械破碎加工以及筛分处理，得到的粒径在5.00mm以下的碎石微粒。对于混凝土中机制砂的应用方法一般为全部或者按部分比例替代河砂，从而解决河砂匮乏及成本过高的问题。机制砂的主要特点有：机制砂中石粉含量相对较高；机制砂由于经过破碎处理，因此颗粒呈不规则的形态，而且机制砂的比表面积相比河砂更大；机制砂的粘结性能较好，石质坚硬。但是由于部分设计施工以及监理单位，对于混凝土中应用大量机制砂持有怀疑态度，认为其对混凝土性能会差生不利的影响，对机制砂的认识不足，限制了机制砂的进一步应用。此外，由于机制砂的生产一般在尾矿或者山区附近，因而难以像河砂一样运输灵活，影响了混凝土生产方对机制砂的使用积极性。因此，深入开展河砂与机制砂对混凝土性能影响的对比研究，并明确其质量控制标准，对于促进机制砂与河砂的优化选择具有重要的意义。
　　3河砂与机制砂对混凝土性能影响试验研究
　　2.1混凝土材料设计
　　在混凝土材料设计中，水泥选用标号425的普通硅酸盐水泥，河砂的细度模数为2.6，河砂含泥量1.1%，其表观密度为2.61g/cm3，机制砂的细度模数为2.6，其中石粉含量5.1%，其表观密度为2.62g/cm3，由于在机制砂中石粉含量相对较高，同时由于机制砂形状不规则，为了避免对混凝土流动性造成影响，在混凝土配置过程中添加高性能减水剂。
　　2.2混凝土力学性能试验
　　混凝土的力学性能试验根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的相关规范进行，通过制备100×100×100mm或者100×100×400mm的棱柱体试件进行抗压强度的试验。试验结果如下所示：
　　 砂率 坍落度 7天抗压强度 28天抗压强度 28天抗折强度
　　天然河沙混凝土 43 210 24.6 37.3 5.8
　　机制砂混凝土 43 200 25.4 38.2 8.6
　　通过上表可以看出，机制砂混凝土的抗压强度明显高于天然砂混凝土，而且机制砂的抗折强度也高于天然砂混凝土，但是机制砂混凝土的坍落度稍小一些。这主要是由于机制砂中的石粉含量相对较高，石粉的主要成分是碳酸盐，因此在水泥水化过程中与水泥的铝硅酸盐形成碳铝酸盐,从而提高了混凝土的强度，但是需要注意的是，如果是分的含量过高，由于水泥用量有限，不能与水泥结合形成强度体系，只是在混凝土中起到填充料的作用，会导致混凝土强度的降低，因此，石粉含量应控制在合理的范围内。
　　2.3混凝土干缩性能的试验
　　天然河砂与机制砂混凝土干缩性能的试验主要通过制作100×100×515mm的棱柱体试件，按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》规定的方法进行试验研究,试验结果如下所示：
　　不同砂制备混凝土的干缩率
　　 3天 7天 28天 90天 150天
　　天然河沙混凝土 89 309 352 373 489
　　机制砂混凝土 122 310 360 381 495
　　
　　干缩是导致混凝土裂面产生开裂的重要原因，因此必须分析机制砂与河砂对混凝土干缩性能的影响。通过上表可以看出，机制砂混凝土的干缩率与河砂差别不大，可以用于混凝土的生产。
　　2.4混凝土耐久性能试验
　　根据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定的试验方法，对混凝土的耐久性能进行试验研究，结果表明，机制砂制备的混凝土试件起耐久性能满足技术规范的要求，由于机制砂的密度相对河砂较大，由于其中石粉的填充作用，使得混凝土孔隙率减小，因而有利于提高混凝土抗压弹模的受压徐变强度，因此，机制砂对混凝土的耐久性能没有任何的不利影响。
　　3混凝土用砂质量要求
　　3.1机制砂主要质量要求
　　（1）机制砂中石粉性能影响分析。机制砂在生产过程中，由于机械的破碎作用，势必会产生一些石粉，这也是机制砂与天然河砂最大的区别之一。石粉主要是颗粒粒径分布在16μm与80μm之间的细小颗粒，其主要成分与碎石母岩基本相同，大量的试验研究表明，机制砂中的石粉对于混凝土性能的影响是有利的，由于机制砂中颗粒棱角比较多，造成混凝土的流动性比较差，而石粉却改善了混凝土的流动性，进而提高了其施工和易性，也起到了密实填充混凝土骨料空隙的作用。但是必须确保机制砂中小于80μm的颗粒是石粉而不是泥沙，因此，必须进行亚甲蓝MB值的检验，以免在机制砂中泥土含量过高对混凝土的性能造成不利影响。机制砂经亚甲蓝试验后，石粉控制指标如下表所示：
　　机制砂中石粉含量
　　混凝土强度等级 MB ≥C60 C55-C30 ≤C25
　　石粉含量 MB＜1.4（合格） ≤5.0 ≤7.0 ≤10.0
　　 MB≥1.4（不合格） ≤2.0 ≤3.0 ≤5.0
　　（2）机制砂压碎值指标。压碎值指标是反映机制砂坚固性以及耐久性的一项重要指标，大量的试验研究结果表明，压碎值的指标对混凝土耐磨性能有一定的影响，因此，一般情况下机制砂的压碎值指标应小于30%。
　　3.2河砂主要质量要求
　　（1）河砂含泥量的要求。由于泥土会导致混凝土强度以及稳定性能的下降，对于混凝土的性能影响较为不利，因此必须限制含泥量。普通混凝土河砂含泥量指标要求如下表所示：
　　
　　混凝土强度等级 ≥C60 C55-C30 ≤C25
　　含泥量（%） ≤2.0 ≤3.0 ≤5.0
　　
　　（2）河砂的泥块含量。研究表明，泥块含量对混凝土的抗压、抗渗、抗冻及收缩性能均有不同程度的影响，特别是包裹型泥块对混凝土的影响最为严重。因此，必须对河砂的泥块含量加以限制，河砂的泥块含量限制如下表所示：
　　
　　混凝土强度等级 ≥C60 C55-C30 ≤C25
　　泥块含量（%） ≤0.5 ≤1.0 ≤2.0
　　结语
　　随着我国工程建设项目的不断开展，混凝土的需求量日益增大。砂石材料作为混凝土材料的重要组成部分，其质量直接关系到混凝土的施工质量。在混凝土对于河砂与机制砂的选择上，应该结合工程实际条件，严格按照试验规范要求进行试验，选择性价比较高的砂石材料。同时，开展针对河砂与机制砂对混凝土各方面影响的进一步研究，对于促进混凝土性能提高，节约工程造价也具有重要的意义。
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　　[4]李溪.浒泊机制砂与河砂混凝土力学性能的对比研究[J] .山西建筑,2005 ,31 (8) :112-113.
　　
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