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1、1引言经过多年的基础设施建设，我国已多年保持为世界混凝土生产量最大的国家，原材料消耗巨大。天然河砂（尤其是优质天然砂）在很多地区已经消耗殆尽，越来越难以满足工程需要，作为天然砂的替代品，机制砂在建筑领域应用越来越广泛。国家标准GB/T146842011建筑用砂将机制砂列入建设用砂，机制砂混凝土开始在全国推广应用。由于机制砂与天然河砂在诸多方面存在不同，导致2种混凝土在性能上存在许多差异，而混凝土的性能将直接影响结构物的质量和安全。在建筑工程中为了更好地运用机制砂，确保混凝土结构满足设计要求，需要对机制砂混凝土的性能与质量控制技术进行必要的研究。2机制砂特性与天然砂相比，机制砂表面更加粗糙，一般
2、情况下石粉含量更高，二者具有明显的不同。充分了解不同地区机制砂特性，对正确认识机制砂在混凝土中存在的问题、推动机制砂在混凝土中的应用具有有重要意义。对几种典型天然砂和机制砂的物理性能进行了试验，结果见表Io表1几种典型砂的物理指标比较项目岩性料源地表观密度/(gZcrn3)吸水率/%压碎值/%棱角性/5砂当量/%机制砂I石灰岩即墨2.770.910.334.179机制砂2石灰岩沂水2.740.89.835.289机制砂3花岗岩青岛2.831.416.636.881机制砂4花岗岩莱阳2.841.316.236.585天然砂I石英质平度2.63OS29.6天然砂2石英质沂水2.710.428.6注
3、:机制砂棱角性试验多采用流动fl寸间法,单位:3,间隙法很少用,此处不多加叙述。由表1可以看出，与天然砂相比，机制砂一般表观密度更大、吸水率更高、棱角性更大，母岩的岩性对机制砂特性影响很大。由于机制砂比天然砂表观密度更大，将会导致混凝土的表观密度也相应地大于天然石英质砂所配制的混凝土，对于桥梁结构自重荷载占总荷载比例较大的结构，这一差异应当特别注意。3机制砂对混凝土性能的影响我国机制砂混凝土的研究始于20世纪60年代，21世纪以后机制砂混凝土的研究和应用开始加快，近年来，机制砂在高强混凝土、自密实混凝土、清水混凝土等方面的应用和研究也已经展开。目前，研究内容主要集中于机制砂对混凝土工作性、力学
4、性能、体积稳定性和耐久性的影响。3.1新拌混凝土工作性相同配比机制砂混凝土的坍落度和扩展度均小于天然砂混凝,这和机制砂本身具有较高的吸水率以及石粉的存在有关。机制砂石粉含量和级配对机制砂混凝土的影响较大，当石粉含量太低时低强度等级混凝土易出现泌水、黏聚性差等缺陷，当机制砂石粉含量太大时，又会大幅提高混凝土塑性黏度和屈服应力，降低混凝土流动性。这是因为机制砂中的石粉作为一种粉体能够增加混凝土中水泥浆的体积，适量的石粉能够提高混凝土的和易性。但是，当石粉含量过高时由于石粉本身需水量大，又会对混凝土性能起到负面作用。3. 2力学性质多数研究者的研究结果表明，相同配合比时机制砂混凝土的抗压强度高于天然
5、砂混凝土，有的学者的研究表明，当混凝土坍落度相同时，高石粉含量机制砂混凝土强度低于天然砂混凝土。当采用机制砂部分代替天然砂配制的混凝土存在最优替代率使混凝土强度达到最优，对于机制砂混凝土强度而言石粉含量也存在一个最优值，二者之间可能有一定的相关性。对于机制砂混凝土的抗拉强度，研究者也得到了类似的结论。周白露、丁华柱等人的研究结果表明，人工砂再生集料混凝土28d抗压强度比天然砂再生集料混凝土高出4%ll%2o3.3体积稳定性机制砂对混凝土收缩的影响与龄期和机制砂的石粉含量有关,目前的研究结论不一致。部分学者的研究结果显示，当机制砂石粉含量小于某一值时混凝土的干燥收缩随石粉含量增大而增大，当石粉含
6、量大于该值时混凝土干燥收缩随石粉含量增加而减小。部分研究者的研究表明，机制砂混凝土早龄期的收缩比天然砂大,后期的收缩与天然砂相差不大。机制砂混凝土的早期抗开裂性能比河砂混凝土差，但在掺加粉煤灰后，机制砂混凝土的早期抗开裂性能则更优。随机制砂中石粉含量的增加，混凝土的抗裂性变差，当石粉含量大于7豫时，混凝土出现裂缝的时间大幅提前，单位面积上总开裂面积大幅增加。机制砂对混凝土弹性模量的影响结论存在一定的分歧，何盛东、刘立新等人的研究表明机制砂混凝土的弹性模量大于同水胶比天然砂混凝土，但王稷良、周明凯等人的研究结果表明，低石粉含量机制砂混凝土的弹性模量与天然砂混凝土弹性模量相近，机制砂混凝土的弹性模
7、量随石粉含量的增大而减小。3. 4机制砂混凝土的耐久性王稷良、周明凯等人的研究结果表明，低强度机制砂混凝土随着机制砂中石粉含量的增加，抗氯离子渗透性能提高，而抗冻性能降低；高强机制砂混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性能均未降低。王雨利、王稷良等人的研究结果表明，河砂混凝土整体抗冻性能优于机制砂混凝土，但适量的石粉可以改善机制砂混凝土的抗冻性；适当提高机制砂混凝土中胶凝材料与石粉的比例，可以改善机制砂混凝土的抗冻性能。Menadi等人的研究则表明，当机制砂中含有15%石粉时与不含石粉的机制砂相比，混凝土的抗氯离子渗透性降低，而抗水渗透性提高。4机制砂混凝土的质量控制4. 1材料选择与配合比设计由于
8、机制砂与天然砂差异极大，合理选择材料和对混凝土配合比进行合理设计是保证混凝土质量的重要前提。1）采用机制砂的混凝土应选用比相同细度模数天然砂更高的砂率。由表1可以看出机制砂比天然砂表观密度更大，因此，当二者细度模数相同时，要保证二者的体积相同，必须提高机制砂的质量，即砂率应该更高。和普通混凝土一样，机制砂混凝土的砂率也应该选择适于所用材料体系的合理砂率，不宜太高或太低。2）应选择泥粉含量低的机制砂。机制砂中的泥粉含量对混凝土影响很大，一方面细集料中的含泥量增大将直接降低混凝土强度，另一方面经验表明，与石粉相比机制砂中泥粉含量的增加将大幅降低减水剂的减水率，从而降低混凝土的工作性，或增大用水量间
9、接降低混凝土强度。因此，宜选择在石料破碎前就进行了水洗的机制砂。3）应根据混凝土使用的环境选择石粉含量适宜的机制砂，石粉含量的高低对混凝土不同的性能影响规律差异较大，因此，应当根据使用环境对混凝土力学性能、耐久性、体积稳定性等方面要求的不同，选择石粉含量适宜的机制砂。仅对混凝土强度有要求的部位，机制砂的石粉含量可以适当提高；但如果对混凝土的抗裂要求较高，则应当将石粉含量控制在较低的水平。4）根据“整体论”的思想，充分考虑机制砂作为细骨料在混凝土中体积和表面积2个方面的效应，并在不同强度等级混凝土中选择合理的机制砂参数。5）宜根据不同的材料情况拌制几个备用配合比。与天然砂相比，机制砂的性能指标波
10、动更大，因此，为更好地控制机制砂混凝土质量，提前拌制几个备用配合比十分必要。6）机制砂混凝土宜掺加减水剂，且减水率不宜过低。配制机制砂混凝土时应合理选择减水剂，选择对石粉含量敏感性较低的减水剂，宜采用复合减水剂。7）宜掺加引气剂或引气型减水剂。采用机制砂配制的混凝土容易出现泌水现象，可以通过掺加引气剂或引气型减水剂对泌水进行抑制。对于低强度等级的机制砂混凝土掺加引气剂或引气型减水剂还可以增加浆体体积，提高混凝土和易性。由于部分研究者的研究表明，机制砂混凝土的抗冻性低于天然砂混凝土，因此，对于冻融环境混凝土也宜掺加适量的优质引气剂，以抵消机制砂对混凝土抗冻性的负面影响。4. 2生产质量控制1）加
11、强机制砂混凝土性能的日常监控，保证混凝土的水胶比符合设计配合比，新拌混凝土应保持良好的匀质性，不发生离析、泌水等现象。2）重点控制机制砂MB值和石粉含量，宜将这两个指标稳定控制在一定的范围内，如果指标超出控制范围则启用备用配合比进行生产，对于不满足使用要求的机制砂应弃用。3）对机制砂的级配进行日常监测，细度模数应当保持稳定,对于细度模数或关键档累计筛余不在理想控制范围内的机制砂，应根据具体情况选择使用备用配合比生产或者直接弃用。4）加强对减水剂的质量控制，在使用新进批次的减水剂之前应当进行混凝土配合比的复拌验证，确保新进减水剂的性能波动很小且不影响混凝土性能时方可使用，否则应调整配合比或弃用该减水剂。5）应密切关注气候对混凝土拌合物施工性能的影响，当发现因气候引起的施工困难时，应当及时采取适当应对措施，保证配合比各主要参数不发生变化。6）应当加强施工养护。由于机制砂混凝土早期开裂风险比天然砂更大，因此，机制砂混凝土应当采取更加可靠的养护措施。5结语机制砂混凝土在我国工程建设施工中的应用将越来越普遍，是重要的发展方向。机制砂与天然砂特性具有很大差异，机制砂混凝土质量控制应与普通混凝土差别化对待。机制砂混凝土质量控制应比天然砂混凝土更加精心，应在材料选择、配合比设计以及生产控制3方面进行综合考虑，根据机制砂和机制砂混凝土本身的特点进行有针对性的控制和调整。
