浅析机制砂在混凝土中的应用

浅析机制砂在混凝土中的应用

段树生

贵州平福建材有限公司

摘要：本文介绍了水洗制砂、碎石制砂和机制山砂这三种机制砂的成型工艺、特点，及其对混凝土的影响和改善方案。总结实用经验并与大家分享，以便于机制砂在混凝土生产中的应用。

关键词：机制砂；混凝土；应用概述

机制砂在传统观念中被误认为是采石破碎留下的粉尘废料，机制砂中石粉的主要成份是 CaCO3，石粉的填充效应不但可以提升混凝土的密实性，还可以增加混凝土拌合物的粘聚性，以减少混凝土拌合物的离析概率及胶材少、料散等问题。当机制砂被洗除粉尘后，其颗粒级配更容易满足级配应用需求。由于开采等多方原因，机制砂又分为水洗制砂（开采过程中用水清洗其石粉和泥粉后的产物，通常在湖南、湖北等水资源丰富的地区应用）、碎石制砂（由石子二次破碎形成）与机制山砂（为节省开采成本或条件限制，未对泥粉另处理过的机砂）。下面就水洗制砂、碎石制砂、机制山砂，分别列在使用过程中遇到的问题及解决方法。

1 水洗制砂

水洗制砂是在生产后被水二次清洗除粉/泥的产品。水洗制砂的特点如下：

（1）含水变化大。由于砂自身饱和水份，在使用过程中容易出现因含水波动造成的质量不稳定。因此生产混凝土拌合物时应密切关注其出机状态，控制外加剂用量及用水量，避免拌合物离析。

（​2）棱角明显，表面粗糙而使混凝土流动性不足，由此给泵送和施工增加了相应的困难。因此在水洗机砂混凝土配制过程中宜适当增加掺合料或砂率以补偿粘性不足出现的塑性差问题。

（3）颗粒级配。刚使用水洗制砂时曾对随机抽样 1 周入库的7份样品进行检验（见图1）。平均细度模数2.9。其中0.63mm和0.315mm筛余总量偏少，分别为39.76%、38.15%、40.23%、35.83%、33.43%、36.87% 和37.98%。通过对比分析发现其中筛余量随制砂所用原石的不同而发生变化。同水灰比的 7 组水洗制砂与 2 组河砂试验显示（见图 1），拌合物状态随机制砂规格发生变化，第3组试件粘聚性和流动性明显优于第5组试件，两组河砂试件流动性最好。

▲ 图 1   水洗制砂抽样试验原始记录
 

2 碎石制砂

2.1 碎石制砂工艺

碎石制砂是由于受资源限制，为减少对环境的污染，在毛石除泥/石粉后，由碎石二次破碎形成。

2.2 碎石制砂特点

（1）颗粒粗糙、棱角多、含石粉，配制混凝土时间接影响混凝土拌合物的可塑性，并有增加裂缝的风险。石粉会吸附少量的水份和外加剂。因此在使用过程中需密切关注拌合物可塑性变化，同时还应预防混凝土构件裂缝问题。改善方法：1）调整机制砂颗粒规格来平衡制砂过程中石粉在砂中的占比。2）在外加剂中适量添加引气成份和助流成份来调整流动性。3）适当增加用水量及外加剂用量来补充被石粉吸收部分，且注意缓凝剂成份及比例。4）以调整砂率达到最佳来补充其本身粗糙、阻力大的问题。

（2）碎石制砂过程中产生的少量石粉可以增加拌合物的粘聚性，以减少混凝土的离析概率及胶材少、料散等问题，还有利于施工找平与二次抹面。同时石粉的填充效应还可以提升混凝土的密实性。笔者用碎石制砂（含石粉10%）与河砂（含泥1.8%）同水胶比条件下各做了10 组对比试验，28天标养试件试压结果显示，碎石制砂的强度均值为44.2MPa，河砂强度均值为42.7MPa。碎石制砂强调度 比河砂高3.5%。

（3）吸水性：由于制砂生产过程中没有第二水份的渗入，会产生少量石粉，其单方用水量大于水洗制砂与河砂，在搅拌过程中由于拌合时间短其颗粒不能完全饱和水份，在运输过程中石粉会吸取部分水与外加剂。因此容易出现到施工现场偏干现象。致使其工作性能降低。改善方案：1）检测对比其吸水与外加剂吸附性，适量增加生产用水量和外加剂掺量。2）调整机制砂的生产规格，增大细度模数以平衡其石粉比例，减少石粉对外加剂的吸附量。

（4）收缩（易开裂）：由于石粉偏细致使整体收缩应力增加。因此在混凝土浇筑过程中，以督导规范施工来帮助减少收缩裂缝产生概率。

常见表面失水性裂缝：1）其产生原因与特点是混凝土保塑性能要求高，因此通常选择调整混凝土保坍与凝时来保持混凝土的这一工作性。且石粉本身吸水就容易出现表面假凝（表面失水起皮），当混凝土真正凝固时假凝部分被收缩拉口而出现开裂。2）施工单位为省工省力通常采用一次成型方法且养护未及时到位而增加裂缝形成概率。3）形成时间通常在混凝土浇筑4～6小时左右终凝前出现微裂纹，日照风干天气建筑结构更明显，形成时间更短。4）裂缝补救不及时多数为贯穿结构。

控制措施：1）调整拌合物外加剂缓凝成份在混凝土中占比及混凝土凝结成份的选配。2）督促施工单位按 GB 50204—2011《混凝土结构工程质量验收规范》施工，及时覆膜养护（也可选择二次模面或初凝浇水办法，此方法对混凝土凝时把握要求很高）。3）避免混凝土等待时间过长而二次流化问题。

3 机制山砂

原石破碎时为了节省开采成本与提高产量，也会有受地理位置影响等原因而未先剔除泥/石粉。其泥/石粉含量超过国家标准要求，其 MB 值通常大于1.4，因此 在使用过程中极易出现大吸水性、大收缩（易开裂）、高粘度（流动性差）。因此也有人称“山砂”。

用其制备的混凝土具有以下的特点：

（1）大吸水性：由于制砂生产过程中其中泥/石粉占比高而细，其单方用水量远远大于碎石制砂、水洗机砂与河砂，然而搅拌过程中由于拌合时间短其颗粒不能完全饱和水份，因此很容易出现到施工现场过于干粘的现像。同样泥/石粉在吸取部份水与外加剂后，不但造成外加剂与水用量不足，同时由于自身体积膨胀，其工作性能速降。改善方案类同于碎石制砂。

（2）大收缩（易开裂）：由于泥/石粉含量大，整体收缩应力增加。因此在使用过程中应控制其收缩裂缝。同时由于浆体增加和泥/石粉本身吸水，因此更需要施工时注意表面失水性裂缝的产生。表面失水性裂缝产生原因及特点基本相同于碎石制砂，且更容易形成和 难控制。

（3）粘度高、粗糙、流动性差。由于粉含量偏大，泥/石粉吸水后会产生少许膨胀，混凝土粘稠度增高出现塑性不足，颗粒多棱角流动性降低，给施工、泵送增加了相应的不便。因此使用时需提高混凝土的工作性能。

改善方法：1）调整砂率来保持拌合的可泵性。2）调整机制砂颗粒规格来平衡泥/石粉在砂中的占比。3）在外加剂中添加引气成份和助流成份来扩大拌合物的流动性。 4）适调用水量及外加剂用量来补偿泥粉对其的吸附（且注意缓凝剂成份及比例）。

（4）强度偏低：由于在制砂过程中毛料夹带入的泥土未先剔除。因而直接影响到水泥的胶结力。笔者用机制山砂（泥/石粉含量 13%）与河砂（含泥2.4%）同水胶比条件下各做了15组对比试验，28天标养件试压结果显示，机制山砂的强度均值为34.3MPa，河砂强度均值为37.9MPa。机制山砂强度低于河砂9.4%。 混凝土是材料填充密实的整体，也并非石子越多强度越高，而级配越合理、密实性越高、材料越好、水胶比最佳的配合比为上。众所周知影响混凝土强度的因素很多，而机制砂合理的应用于混凝土生产也能提升混凝土的品质，同时有效地保护了我们的生活环境。

4 结语

机制砂质量与混凝土质量息息相关，因此在实际应用过程中需严控原材料入场质量，多检验，依据试验参数制定相对应的配合比，以有效数据主导混凝土生产。