如何使用机制砂配制C20、C50混凝土

如何使用机制砂配制C20、C50混凝土

随着天然砂石的减少，机制砂石的应用越来越大，而机制砂由于石粉含量、粒形等性能和以往的天然砂石有很大的区别。因此，本文针对机制砂配制C20、C50混凝土的理论进行了分析，并对配制方法进行了实践。石粉

长期以来，由于石粉和泥都是砂中粒径小于0.075mm的颗粒，在没有引入亚甲蓝试验方法以前，缺乏鉴定的依据。一般认为石粉是对商品混凝土有害的，因为缺乏科学的了解，人们都以为石粉不能加以利用。有的地方甚至不惜浪费时间、精力和钱财，想尽办法来除去砂中的石粉。其实，许多的国内外专家都认为，商品混凝土中加入适当的石粉是有好处的。

机制砂商品混凝土中的石粉的作用

1水化作用

有研究表明，水化早期形成的钙矾石会在后期向单硫型硫铝酸钙转化，这会降低水泥石的强度，但是加入含有碳酸钙的石粉，就可以有效解决这个问题；另外，石粉是以碳酸钙为主的，而碳酸钙可以和C3A发生水化反应，形成水化碳铝酸钙，从而提高了商品混凝土的强度。

2填充作用

石粉可以填充商品混凝土中的空隙，充当商品混凝土的填料，以此增加商品混凝土的密实度，从而起到惰性掺合料的作用。对于胶凝材料用量少、拌合物性能差的特点，只要使用中、低强度等级的机制砂商品混凝土，就可以得到有效的弥补。《山砂商品混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中对C50～C55强度等级的山砂商品混凝土（砂率37%～45%），提出石粉不能超过7%，这是因为石粉含量和胶凝材料的总量（商品混凝土的细粉含量）不能超过550kg/m3。（注：山砂属于机制砂的一种，《山砂商品混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中特指公称粒径小于5.00mm的，碳酸盐类岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的岩石颗粒。）

3保水增稠功能

机制商品混凝土中有石粉，可以降低商品混凝土拌合物离析和泌水的风险。因为石粉可以吸收商品混凝土中的用水，无形中增加了商品混凝土的单方用水量，所以石粉含量越高，商品混凝土的粘度就越大；另外，加入石粉也可以减少商品混凝土的收缩，补偿商品混凝土后期水化用水，因为，即使商品混凝土硬化了，以前被石粉吸收的水分也会渐渐释放。

石粉含量应该适量。机制砂中石粉的主要成份为碳酸钙，但水化作用并不是无限的，也要受限于水泥的成份。如果石粉含量过高，不利于集料与水泥石的粘结，因为水泥石中或界面过渡区会出现游离态的石粉，从而降低商品混凝土性能。另外，石粉含量超过一定限值后，不利于商品混凝土的耐久性能，因为单方石粉承担的保水量明显减少，干缩明显变大。综合各种研究，一般C50以下商品混凝土石粉含量应控制在10%～15%，而C50以上商品混凝土石粉含量应该不超过10%。

泵送机制砂商品砼配合比设计

1单方用水量

河砂由于自身的特性，颗粒比较光滑，自身的内摩擦力小，在商品混凝土中颗粒间绞合力较小，对水的需求量相对机制砂相对较小。而机制砂表面粗糙，棱角多，造成在商品混凝土中颗粒间绞合力较大。由于机制砂泵送商品混凝土黏度较河砂商品混凝土大，施工坍落度一般保持在180～220mm，其单方用水量一般在175～185kg/m3左右，这与河砂商品混凝土较低的用水量是截然不同的。

在相同的坍落度时，如使用较低的用水量，必然导致外加剂超掺，从而导致机制砂商品混凝土流动性大，但粘性大，泵送性差，经常出现施工现场上加水来降低粘度，导致预拌商品混凝土的质量无法保证。因而，做机制砂配合比设计时，不能过度的追求使用外加剂降低机制砂商品混凝土的单方用水量，机制砂商品混凝土单方用水量应设计的比河砂商品混凝土略大。

2砂率

一般而言，为提高产能，生产出的机制砂多为中粗砂，砂的细度模数一般在2.6～3.6，1.18mm以上的颗粒较多，较差的机制砂1.18mm以上的颗粒占到了50%～70%，砂中0.315mm的组分在8%～13%波动。

我国多数工程实践表明，采用中砂适宜泵送，砂中通过0.315mm筛孔的数量对商品混凝土可泵性影响很大。日本泵送商品混凝土规程规定为10%～30%，美国商品混凝土协会推荐的细骨料级配曲线建议为20%；国内工程实践亦证明，此值过低输送管易堵塞。上海、北京、广州等地泵送商品混凝土施工经验表明，此值都在15%以上。

JGJ/T10-95《商品混凝土泵送技术规程》规定，细骨料应符合《普通商品混凝土用砂质量标准及检验方法》规定，通过0.315mm筛孔的砂不应少于15%，有良好的连续粒级。但一般的砂场生产出的机制砂0.315mm略显不足，同时1.18mm以上的偏多，这对配制泵送的机制砂商品混凝土带来了一定的难题。

一般通常采用的方法是适当提高砂率，增加0.315mm的颗粒的数量，以保证机制砂商品混凝土的可泵性。然而，现在配制机制砂泵送商品混凝土也存在一个误区，认为砂率越大越好施工，C15～C30低标号商品混凝土砂率都已经达到了惊人的60%～70%。应该选择适宜的砂率，在做机制砂商品混凝土配合比设计时，如果砂率过大，虽然保住了工作性，但新拌商品混凝土的早期收缩就增加了，容易出现塑性开裂等问题，在夏季温度比较高的时候表现的更为明显。通常为保证机制砂商品混凝土的可泵性，同时保证配制商品混凝土的经济性，配制机制砂泵送商品混凝土一般要比河砂商品混凝土高5%～10%的砂率。

大家观点

用机制砂配制混凝土与天然砂无大的区别，一般来讲，同坍落度的前提下，机制砂的用水量要稍大些，但要根据施工条件及结构物和运输等因素考虑。但对混凝土的强度基本不变；用机制砂配制泵送混凝土等特种混凝土时注意砂率不宜过高，防止降低混凝土强度和耐久性等工程质量。

细度模数与流动性

对于各强度等级的混凝土，随着机制砂细度模数的减小，含粉量的增加，混凝土外加剂掺量显著增加，拌合物的坍落度、坍落扩展度均降低。理论上说，在胶凝材料用量和砂率不变的情况下，机制砂的细度模数减小，含粉量增加，则新拌混凝土的流动性下降，黏度增大，混凝土的强度降低。其原因是微细颗粒越多，表面积越大，随着含粉量的增加，包裹粉体所需的水量增加，导致在固定用水量的条件下混凝土的黏滞性增加，从而混凝土的流动性降低。

➤ 对于C20

对于C20混凝土，采用细度模数大的机制砂配制的混凝土包裹性很差，浆体的黏度低，同时对外加剂的掺量非常敏感，外加剂稍过量混凝土便离析扒底。含粉量低的机制砂配制的混凝土包裹性一般，浆体黏度适中，对外加剂掺量不敏感。因此，从拌合物的和易性来评估，C20混凝土宜采用细度模数小、含粉量高的机制砂配制，这样包裹性良好，流动性不差，浆体会稍黏。

➤ 对于C50

对于C50混凝土，由于胶凝材料用量大，采用含粉量高，亚甲蓝值大的机制砂，会导致细粉对外加剂的吸附量相应增大，尽管外加剂掺量高达4.32%，初始坍落度仅210mm，且1h后坍落度和扩展度均损失很大，因此对于高强度等级混凝土，应选用细度模数较大、含粉量低、亚甲蓝值小的机制砂配制。

关于用机制砂配制的力学结论

采用细度模数为2.5、含粉量为23%、亚甲蓝值为4.2的A机制砂配制的C20混凝土强度比细度模数为3.2，含粉量为12%、亚甲蓝值为0.8的B机制砂配制的C20混凝土28d强度高16.9%。分析其原因主要是C20混凝土胶凝材料用量较低，当细骨料的细度模数较大时，粗、细骨料所构成骨架的孔隙率较大，当水泥浆体不能充分填充这些空隙时，容易在硬化后的混凝土中形成对强度不力的有害孔隙。根据吴中伟的混凝土中的孔级划分，将孔划分为下列孔级：孔径＜20nm(无害级孔，20～50nm(少害级孔)，50～200nm(有害级孔)，＞200nm(多害级孔)，并提出减小孔隙率，除去多害孔，减少有害孔就能得到较高的密实度和强度。

机制砂中较高的含粉量能减少低强度等级混凝土的有害孔隙，提高混凝土的密实度从而提高混凝土的强度。对于C50混凝土，采用细度模数大、含粉量低的机制砂，凝土7d和28d强度均最高。用细度模数小、含粉量高的机制砂配制的混凝土强度不能达到C50混凝土的设计强度。这是由于高强度混凝土胶凝材料用量大，浆体足以充分填充粗、细骨料堆积形成的空隙，同时由于含粉量低、亚甲蓝值低，含粉量低机制砂对水和外加剂的吸附较少，混凝土拌合物的和易性优良。

而含粉量高、亚甲蓝值也高的机制砂需要吸附大量的外加剂和自由水，这些细粉颗粒不具有水化活性，水分挥发后在其周围形成了孔隙，使混凝土孔隙率增大，同时这些孔隙与周围孔隙连通的几率也增加了，最终影响硬化后混凝土的强度。