机制砂的优缺点及其在混凝土工程中的应用
薛晓云
【摘? 要】论文研究了天然砂与机制砂在混凝土工程中应用的优缺点，分析机制砂与天然砂的特性受混凝土的强度、弹性模量、干缩性、抗冻性、收缩徐变方面的影响。结果表明，在达到用砂性能指标的前提下，使用优质机制砂与天然砂一样进行混凝土施工生产是可行的。
【Abstract】This paper studies the advantages and disadvantages of the application of natural sand and machine-made sand in concrete engineering， and analyzes the characteristics of machine-made sand and natural sand affected by the strength， elastic modulus， dry shrinkage， frost resistance， shrinkage and creep of concrete. The results show that， on the premise of reaching the performance index of sand using， it is feasible to use high quality machine-made sand as well as? natural sand for concrete construction and production.
【关键词】机制砂;天然砂;混凝土;耐久性;弹性模量;干缩性;抗冻性
【Keywords】machine-made sand; natural sand; concrete; durability; elastic modulus; dry shrinkage; frost resistance
【中图分类号】TU528.041? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章编号】1673-1069（2020）03-0138-02
1 机制砂具备的优缺点
在广西地区通常使用机制砂进行施工，通过积累相应的经验，对其优缺点进行总结，具体如下。
1.1 机制砂具备的优点
利用机制砂对混凝土进行配置的优点包括：
①使用工厂化的方式进行生产，在质量方面可以得到很好的保证，也可以从相应的选材以及破碎等工艺流程方面建立具体的质量监控体系，从而混凝土质量可以得到良好的保障。②物理力学的性能比较良好。在生产机制砂的过程中可以选择一些硬质的岩石，不可以选择软质以及有过风化痕迹的岩石。与此同时，相应的含泥（块）量可以由人工进行筛选，这样就可以对其进行良好的控制，进而生产出高强度的混凝土。③机制砂的颗粒级配、细度模数可以调整。可以根据工程的需要，结合母材的特点和混凝土的要求，对于机制砂的具体细度模数以及颗粒级配进行调整。在调整的过程中主要通过相应的破碎设备以及工艺流程的具体选择来实现。
1.2 机制砂具备的缺点
①天然砂颗粒在外观方面比较浑圆，表面非常光滑。天然中砂的细度模数为2.6～3.0，级配比较好，这样对于混凝土的工作性能来讲非常的有利。而机制砂的颗粒比较尖锐，棱角比较多，表面非常粗糙，细度模数在3.0以上，颗粒的级配相对来讲比较差，大于2.5mm以及小于0.08mm的颗粒比较多，这样会造成混凝土的和易性比较差，从后期制造的混凝土从外观、质量方面来看存在比较多的缺陷。如果机制砂在母材方面出现变化，那么非常容易造成机制砂的质量波动，这样也会对相应的施工带来较大的难度。但是，面对这种情况可以选择一些比較合适的碎砂设备，对于砂中含有的石粉量以及砂率进行调整，从而很好地克服上述问题。②机制砂当中一般含有石粉。石粉以及泥的粒径通常都小于0.075mm，因为其中的成分不同，在细度方面相差比较大。泥颗粒一般都小于0.016mm，而相应的石粉颗粒为0.016～0.075mm。通常来说，泥在砂的表面进行吸附，对于砂以及水泥之间的粘结起到严重的阻碍作用。面对这种情况可以使用适量的石粉在水泥以及细砂的空隙之间进行填充，这样可以很好地增强机制砂混凝土的具体工作性能。
2 机制砂混凝土的具体特性
2.1 稠度、可塑性以及可加工性
在相同的水灰比条件下，机制砂混凝土的相关坍落度和河砂混凝土相比会比较小，机制砂本身具备裂隙、空隙以及孔洞的特点，其中，部分颗粒属于矿物颗粒的集合体，这样可以起到增大砂石表面积的作用，进而可以吸附更多的水分，坍落度也会减小，用水量就会相应增加。机制砂和天然的河砂相比较，需水量要增加5～10kg/m3。机制砂混凝土的具体和易性以及级配和细度模数之间有很大的关系。与此同时，还会涉及相应的用水量、水泥的具体用量以及砂率等参数，因此，需要对此进行深入研究。对于细度模数来说，控制在3.0～3.4为最佳。如果细度的模数比较大，那么粗颗粒就会非常多，级配就会显得较为不合理，进而会造成混凝土的和易性变差，虽然在其中掺入一些粉煤灰可以弥补相应的缺陷，但是成本就会出现很大的提高，经济性较低;如果细度的模数比较小，那么会出现比较多小于0.075 mm的细粉，相应的需水量也比较大，混凝土的强度会大幅降低，水泥的用量也会大大增加。
2.2 力学性能
混凝土的力学性能主要包含：抗压、抗折、弹性模量以及疲劳强度等。目前，对这些指标没有进行比较深入的研究。对于抗压强度以及弹性模量这两个主要指标来讲，国内外都积累了比较丰富的经验。通常会利用40%的天然细砂以及60%的机制砂进行混合，取得的效果比较良好。机制砂一般都会采用相应的硬质岩石进行破碎，机制砂和天然砂相比较，抗压强度比较好。机制砂和相应的天然砂混凝土相比较，各项性能的指标都比较高。混凝土的强度以及弹性模量和砂的强度有直接的联系，此外，和其他的因素也有较大的关系。实验表明，石粉含量对于混凝土的强度具有较大的影响。如果石粉的含量比较高，那么混凝土的相关强度就会出现下降的趋势。如果机制砂的砂率不超过40%，那么拌和物就会比较粘稠，相应的砂率也会出现增大趋势，工作性能也可以得到较好的改善;如果砂率处于42%～46%时，强度就会比较稳定;如果砂率超过了50%，那么强度就会出现下降的趋势，相应的弹性模量的具体强度也会出现下降的情况。
2.3 耐久性能
混凝土的相关耐久性能主要指的是具有抵抗冻融循环等气候条件、酸碱等物理化学侵蚀作用、受光热作用、流水冲蚀作用的能力。如果混凝土越密实，那么抗渗抗冻的性能就会越好。混凝土本身的抗渗性和其孔隙有很大的关系。石粉在机制砂当中属于一种比较有效的填充材料，虽不具备活性，但是也可以很好地提高混凝土的密实性，有效地增强水泥石以及骨料界面之间的粘结。石粉可以加速C3S的具体水化速度，并且与C3A以及C4AF之间相互反应，最终可以生成相应的结晶水化物，可以很好地使得水泥石的孔隙结构得到改善，抗渗性可以得到有效的提高。对于机制砂混凝土的抗冻融以及耐久性还缺乏相应的研究。机制砂可以对于混凝土的具体工作性能进行改善，具备一定的填充效果，可以改善混凝土的相关孔隙结构，进一步使得混凝土的密实度得到加强。混合砂以及天然中砂两者共同配制的混凝土具备比较优越的抗渗性能。机制砂以及天然细砂之间的混合可以配制出抗冻性能、抗渗性能以及抗硫酸盐侵蚀性能比较好的混凝土。由机制砂以及天然细砂混合配制出的混凝土的抗渗性和中砂混凝土相比质量较差。
3 机制砂在工程实践当中的具体应用
在南昆复线铁路的施工过程中使用了机制砂。在施工前期，关于机制砂的实际应用在理论上面没有相应的依据，从而将其与天然砂等同进行使用，这樣一来就造成了混凝土质量下滑的现象，外观、质量也无法满足相应的要求。通过后续的控制工作，混凝土的质量得到了一定程度的提高。从而使得混凝土的外观、强度以及耐久性都得到了很大的提高，也有效地降低了相应的工程造价。
4 机制砂在工程实践当中应用存在的问题
4.1 关于颗粒形状以及颗粒级配的研究
机制砂的具体颗粒形状以及级配都会对于混凝土的具体和易性、强度以及耐磨性等都会产生严重的影响。特别是需要对粒径不大于0.075mm的石粉含量进行比较认真的研究。粒形不同的机制砂对于混凝土的和易性都会产生比较大的影响，而由片状颗粒拌制而成的混凝土在和易性方面比较差，最完美的粒形是接近于立方体的颗粒。如果在机制砂当中含有一些适量的石粉，那么可以很好地使得混凝土的强度提高，还可以很好地改善混凝土的和易性，将石粉控制在7%之内是最为合适的，但是想要对于石粉的含量进行严格控制是非常困难的，需要对控制方法进行充分的探索。
4.2 关于配合比的研究
机制砂混凝土的配合比对于混凝土的各种性能都有着非常重要的影响。相关人员应该比较深入地开展综合性的试验研究，还应该重点地研究石粉的含量、砂率以及水灰比，这些对于混凝土的性能都有很大的影响。
4.3 关于设备的研究
使用机制砂制作的混凝土的质量与搅拌设备之间也有非常大的关系，在搅拌的过程中最好采用比较大型的搅拌站或者相应的高质量搅拌设备进行搅拌，这样才可以充分地保证工程的整体质量。
5 结语
当前，在施工实践当中对机制砂混凝土的应用比较少，关于这种混凝土的性能还缺乏比较深入和具体的研究。在此后的施工过程中应该不断地对其进行研究，使机制砂混凝土的各项指标参数满足使用要求，保障其在工程当中的应用更加广泛和深入。
