周全景

（天津市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理總隊(duì)，天津 300000）

0 引言

隨著城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，混凝土建筑日益增多，作為非再生資源的混凝土原材料之一的天然河砂越來(lái)越少，且河砂的過(guò)度開(kāi)采，會(huì)對(duì)河床和生態(tài)環(huán)境造成破壞，違背綠色環(huán)保的原則。目前各地已加大對(duì)于河砂開(kāi)采的控制力度，部分地區(qū)甚至已禁止河砂開(kāi)采，為保障混凝土行業(yè)綠色、良好、可持續(xù)發(fā)展，機(jī)制砂等新材料的研發(fā)和應(yīng)用迫在眉睫。

機(jī)制砂作為天然河砂的替代材料具有許多優(yōu)點(diǎn)。首先，機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程便于控制，通過(guò)控制石材種類(lèi)、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝等方法可為混凝土生產(chǎn)企業(yè)提供質(zhì)量（堅(jiān)固性、顆粒級(jí)配、粒形等）穩(wěn)定的機(jī)制砂原材，同時(shí)機(jī)制砂沒(méi)有類(lèi)似于河砂的含水情況多變等因素，有利于推進(jìn)混凝土生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制。同時(shí)，機(jī)制砂是由石材破碎而成，粒形多棱角而不規(guī)則，經(jīng)設(shè)備整形處理好后對(duì)混凝土的工作性能、結(jié)構(gòu)密實(shí)性以及強(qiáng)度都有著極大的提高，可大范圍應(yīng)用于混凝土生產(chǎn)中。

1 原材料選擇

1.1 水泥

本試驗(yàn)選用天津振興水泥廠 P·O42.5 水泥，其性能指標(biāo)要求見(jiàn)表 1。

表 1 水泥性能指標(biāo)

1.2 摻合料

摻入礦物摻合料，可以提高混凝土的流動(dòng)性和密實(shí)性，同時(shí)改善混凝土中骨料的界面效應(yīng)，降低混凝土需水量。尤其是粉煤灰，其微觀形態(tài)為圓球形，能夠有效降低混凝土粘度，提高混凝土的流動(dòng)性，從而改善混凝土泵送性能。礦粉和粉煤灰性能指標(biāo)見(jiàn)表 2 和表 3。

1.3 骨料

配制混凝土宜選用 Ⅱ 區(qū)中砂以及 5～25mm 連續(xù)粒級(jí)的石子，優(yōu)質(zhì)的骨料搭配可以大幅改善混凝土的工作性能，同時(shí)提高混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)性。試驗(yàn)用石的性能指標(biāo)見(jiàn)表 4，天然砂性能指標(biāo)見(jiàn)表 5，所用石灰石礦石機(jī)制砂、鐵尾礦石機(jī)制砂和天然砂的篩分結(jié)果見(jiàn)表6。

表 2 礦粉性能指標(biāo)

表 3 粉煤灰性能指標(biāo)

表 4 碎石性能指標(biāo)

表 5 天然河砂性能指標(biāo)

通過(guò)三種砂的篩分結(jié)果可以對(duì)比出，在篩底數(shù)量上，兩種機(jī)制砂均遠(yuǎn)大于天然河砂。這些篩余物質(zhì)可通過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)，用于混凝土中，改善混凝土和易性，同時(shí)少量替代混凝土摻合料。

1.4 外加劑

本次試驗(yàn)選用北京金隅科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸外加劑，依據(jù) GB 8076—2008《混凝土外加劑》進(jìn)行檢測(cè)，其性能指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表 7。

表 6 砂篩分結(jié)果

2 機(jī)制砂中篩余物質(zhì)替代少量膠凝材料的對(duì)比試驗(yàn)

在機(jī)制砂中，含有較多的篩余物質(zhì)，在理論上可以替代部分粉煤灰，用以替代混凝土中的膠凝材料，使得混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而改善混凝土的工作性能，提高混凝土的強(qiáng)度。

為便于比較，可用簡(jiǎn)易需水?dāng)U展度的方法來(lái)進(jìn)行比較，即取 200g 粉煤灰（機(jī)制砂篩余物質(zhì)）加 105g 水?dāng)嚢瑁瑴y(cè)量擴(kuò)展度的方法，將機(jī)制砂篩余物質(zhì)與粉煤灰進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表 8。

3 機(jī)制砂在混凝土中的實(shí)際應(yīng)用

針對(duì)兩種不同種類(lèi)的機(jī)制砂，設(shè)計(jì) C30、C40 兩個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的配合比（表 9），進(jìn)行試驗(yàn)室試配，對(duì)比其對(duì)混凝土工作性能以及最終強(qiáng)度的影響，見(jiàn)表 10。

表 8 兩種機(jī)制砂篩底與粉煤灰性能對(duì)比

由上述試配結(jié)果可以看出，在工作性能方面，兩種機(jī)制砂相對(duì)于天然砂而言出機(jī)坍落度與拓展度基本一致。1 小時(shí)之后坍落度以及拓展度損失基本一致。但在2 小時(shí)之后可以明顯看出混凝土的保塑能力：石灰石礦石機(jī)制砂拌制的混凝土最優(yōu)、天然砂拌制的混凝土次之、鐵尾礦石機(jī)制砂拌制的混凝土保塑能力最差。在混凝土強(qiáng)度方面：石灰石礦石機(jī)制砂拌制的混凝土強(qiáng)度最高，天然砂拌制的混凝土強(qiáng)度次之，鐵尾礦石機(jī)制砂拌制的混凝土強(qiáng)度最低。

表 9 混凝土配合比

表 10 混凝土性能結(jié)果對(duì)比

4 機(jī)制砂的制備工藝、生產(chǎn)設(shè)備及實(shí)際應(yīng)用

目前，隨著材料技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)制砂的制備工藝已經(jīng)相對(duì)成熟?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)制砂的制備大體上包括原料輸送、破碎、整形、篩分等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。生產(chǎn)出的機(jī)制砂產(chǎn)品性能穩(wěn)定、指標(biāo)可控，從產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)穩(wěn)定持續(xù)性上要比天然砂具備更多的優(yōu)勢(shì)。

5 總結(jié)

從上述試驗(yàn)結(jié)果以及各方面論述可以看出，機(jī)制砂作為河砂的替代材料，取材廣泛、便捷，制備穩(wěn)定、連續(xù)、可控，具有極強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用性。并且在滿(mǎn)足混凝土工作性能及強(qiáng)度要求的前提下，作為一種惰性材料，機(jī)制砂中的篩余物質(zhì)可以部分替代混凝土中的摻合料，從而達(dá)到降低混凝土主材成本的目的。可以大范圍的在實(shí)際混凝土生產(chǎn)中進(jìn)行推廣應(yīng)用。