（懷來縣宏建混凝土有限公司，河北 張家口 075431）

0 前言

隨著混凝土工業(yè)的蓬勃發(fā)展，混凝土用砂量是巨大的，由于天然砂是短時(shí)間內(nèi)不可再生的地方資源，在我國不少地區(qū)天然砂資源逐步減少，甚至枯竭，且受建筑行業(yè)發(fā)展以及環(huán)境保護(hù)的需要，部分地區(qū)對其實(shí)施限制開采或禁止開采。機(jī)制砂的生產(chǎn)與應(yīng)用已成為建筑行業(yè)發(fā)展的趨勢。機(jī)制砂是巖石經(jīng)過除土開采、機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑小于 4.75mm 的巖石顆粒。與天然砂相比，機(jī)制砂具有表面粗糙、多棱角、級配不良、細(xì)度模數(shù)大、石粉含量高等特點(diǎn)。本試驗(yàn)就石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂的顆粒級配、亞甲藍(lán) MB 值、石粉含量進(jìn)行分析，探討石灰?guī)r質(zhì)機(jī)制砂對泵送混凝土性能的影響。

1 原材料及配合比

（1）水泥為唐山冀東股份有限公司 P·O42.5 水泥，其主要指標(biāo)見表 1。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

（2）礦粉為首鋼嘉華 S95 級礦渣粉，其主要性能指標(biāo)見表 2。

表2 礦粉的主要性能指標(biāo)

（3）粉煤灰為北京電力粉煤灰公司Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度 20%，燒失量 3.3%，需水量比 102%。

（4）石子選用涿鹿雙聯(lián)采石廠生產(chǎn)的 5～25mm 碎石，壓碎指標(biāo) 8.3%，針片狀含量 4.2%，含泥量 0.5%。

（5）砂子選用涿鹿雙聯(lián)采石廠生產(chǎn)的 4 種機(jī)制砂，其試驗(yàn)結(jié)果見表 3。

表3 機(jī)制砂試驗(yàn)結(jié)果

（6）外加劑為濟(jì)南晨康新型材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，其主要性能指標(biāo)見表 4。

表4 外加劑的主要性能指標(biāo)

試驗(yàn)采用的配合比見表 5。

表5 試驗(yàn)用配合比 k g/m3

2 試驗(yàn)方法

2.1 不同的機(jī)制砂顆粒級配對比試驗(yàn)

由于機(jī)制砂生產(chǎn)工藝較為完善，可以對機(jī)制砂的顆粒級配進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整。我們選用經(jīng)過除土工序和水洗后優(yōu)質(zhì)的石灰?guī)r石塊（不含土質(zhì)），通過生產(chǎn)線制得少量不同機(jī)制砂樣品，并用公稱直徑 80μm 篩進(jìn)行篩選獲得粒徑小于 75μm 部分試驗(yàn)用純石粉。山皮石是經(jīng)過自然風(fēng)化后附著在山體表皮淺層的混合石土，同理選用剝離的山皮石塊經(jīng)過生產(chǎn)線破碎并用公稱直徑 80μm 篩進(jìn)行篩選可獲得粒徑小于 75μm 的部分試驗(yàn)用山皮土。根據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的試驗(yàn)方法得到表 3 機(jī)制砂試驗(yàn)結(jié)果。

本文采用 S1～S4 四種不同顆粒配機(jī)制砂顆粒配進(jìn)行對比，使用表 5 配比試拌，并對混凝土拌合物進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表 6。

2.2 不同的機(jī)制砂亞甲藍(lán) MB 值對比試驗(yàn)

機(jī)制砂在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生石粉，礦山表面的石土（或山皮土）采石過程中有時(shí)也會帶入，經(jīng)過破碎產(chǎn)生小于 75μm 的顆粒，由于石粉和泥都是小于 75μm 的顆粒，而且石粉與泥土成分不同，適量的石粉對混凝土是有益的，但機(jī)制砂中所含泥土需水量大，對外加劑吸附性大，影響漿體與骨料的粘聚力，導(dǎo)致混凝土收縮增大、密實(shí)度降低等，對混凝土的性能與質(zhì)量是有害的。機(jī)制砂在生產(chǎn)過程中需剝離礦山的土質(zhì)和石土，或者在生產(chǎn)過程中有嚴(yán)格的除土工序，采用亞甲藍(lán) MB 值試驗(yàn)方法可用于檢測小于 75μm 的顆粒是石粉還是泥土，由于亞甲藍(lán)對于礦物顆粒為物理吸附，對巖石性質(zhì)不敏感，所檢測的含泥量與亞甲藍(lán)吸附量有高度相關(guān)性，可用于區(qū)分機(jī)制砂中的石粉和泥土，適用于本次檢測石灰?guī)r制成的機(jī)制砂。JGJ 52—2006《普通混凝土用砂石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 MB 值＜1.4。

本文采用 S3 機(jī)制砂樣品分別摻入 3%、7%、9%、12% 的山皮土，得到不同亞甲藍(lán) MB 值的機(jī)制砂樣品見表 7，使用表 5 配比試拌，并對混凝土拌合物進(jìn)行試驗(yàn)。

2.3 不同的機(jī)制砂石粉含量對比試驗(yàn)

本文采用 S2 機(jī)制砂樣品分別摻入 2%、6%、9%、12%、14%、17% 的純石粉，得到不同石粉含量的機(jī)制砂樣品見表 8，使用表 5 配比試拌，并對混凝土拌合物進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

（1）機(jī)制砂篩分級配線性關(guān)系如圖 1～4，混凝土拌合物試驗(yàn)結(jié)果見表 6。

圖1 S 1 機(jī)制砂顆粒級配

圖2 S 2 機(jī)制砂顆粒級配

圖3 S 3 機(jī)制砂顆粒級配

圖4 S 4 機(jī)制砂顆粒級配

表6 混凝土拌合物試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明：S1 機(jī)制砂曲線表現(xiàn)為 0.630mm 以上篩余較多；不規(guī)則石屑、細(xì)小石粒外觀可見，細(xì)度模數(shù)顯示為粗砂，顆粒級配不符合Ⅱ區(qū)要求，試拌混凝土拌合物極易泌水，和易性差，且容易離析，生產(chǎn)可控性不高，通過提高砂率，有所改善，但仍然不利于泵送。S2 機(jī)制砂為中砂，曲線顯示顆粒級配完全符合Ⅱ區(qū)要求，混凝土拌合物有泌水現(xiàn)象，和易性一般，由于石粉含量較少，漿體量不足以包裹骨料，若提高膠凝材料，經(jīng)濟(jì)成本高，通過提高砂率后可以得到改善，但砂率過大，強(qiáng)度有所降低且容易引起其它質(zhì)量問題。S3 和 S4機(jī)制砂均屬中砂，曲線顯示顆粒級配基本符合Ⅱ區(qū)，0.160mm 累計(jì)篩余量分別只有 83%、78%，均未達(dá)到Ⅱ區(qū)的下限 90% 的要求。但 S3 試拌混凝土和易性良好，滿足泵送施工要求。S4 機(jī)制砂由于細(xì)度模數(shù)低、細(xì)顆粒及石粉含量高、比表面積大，對水以及外加劑的吸附作用增加，與 S3 機(jī)制砂相比，其拌合物粘聚性大，流動性不良，泵送阻力增大。

（2）亞甲藍(lán) MB 值及混凝土拌合物情況見表 7。

通過表 7 對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著亞甲藍(lán)值 MB 值的增加，混凝土的出機(jī)坍落度與擴(kuò)展度減小，強(qiáng)度降低，經(jīng)時(shí)損失增大，MB 值在 1.4 內(nèi)，混凝土和易性相對較好，超出 1.4 混凝土和易性變化較為明顯，機(jī)制砂中泥土對外加劑吸附作用增大，混凝土施工過程中若保持同一坍落度，勢必會增加單方用水量或者提高外加劑摻量，這進(jìn)一步導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低。

（3）機(jī)制砂石粉含量及混凝土拌合物情況見表8。

表7 不同 MB 值混凝土拌合物試驗(yàn)結(jié)果

表8 不同石粉含量混凝土拌合物試驗(yàn)結(jié)果

通過表 8 對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著石粉含量的增加，混凝土出機(jī)坍落度、擴(kuò)展度有所提高，同時(shí)改善了混凝土的和易性，更便于混凝土的泵送施工，在一定范圍內(nèi)石粉含量有助于混凝土強(qiáng)度的增長，但石粉含量低于 5%時(shí)，混凝土和易性差，易泌水，不利于生產(chǎn)控制及泵送；石粉含量高于 17% 時(shí)，混凝土粘聚性和收縮性增大，若達(dá)到同樣和易性，則混凝土需水量增加，勢必會降低強(qiáng)度以及導(dǎo)致后期混凝土因收縮引起的結(jié)構(gòu)性開裂。根據(jù)機(jī)制砂使用經(jīng)驗(yàn)以及試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明機(jī)制砂石粉含量適宜控制在 9%～17%。

4 結(jié)論

（1）機(jī)制砂的顆粒級配區(qū)宜控制在 Ⅱ 區(qū)，0.160mm 累計(jì)篩余百分率宜高于 80%，同時(shí)宜低于Ⅱ區(qū)下限 90%；細(xì)度模數(shù)宜控制在 3.0 以內(nèi)，不宜低于2.5。

（2）機(jī)制砂亞甲藍(lán) MB 值宜控制在 1.4g/kg 以內(nèi)，大于 1.4g/kg，混凝土的需水量以及對外加劑的吸附增大，強(qiáng)度以及和易性隨 MB 值增大的影響呈降低趨勢。

（3）機(jī)制砂中含有適宜石粉能夠提高混凝土的和易性、工作性和強(qiáng)度，石粉含量過高過低都不利于混凝土的和易性以及強(qiáng)度。石粉含量宜控制在 9%～17%，能夠有較好的使用效果。

（4）品質(zhì)優(yōu)良的機(jī)制砂可以作為細(xì)骨料應(yīng)用于混凝土。

（5）機(jī)制砂可以與粉煤灰、礦物摻合料、外加劑共同使用。