机制砂混凝土的配制与研究

内容摘要：原材料要求、混凝土技术要求、机制砂与河砂的技术指标比较与分析、试验结果分析、结论。

关键词：机制砂混凝土

Abstract: raw material requirements, concrete technical requirements, mechanism and the technical index of the sand sand comparison and analysis, the results and conclusions.

Keywords: mechanism sand concrete

在我国西部公路建设中，桥隧必例很大。在混凝土工程中，粗细集料占有体积和重量的70%，其中细集料以天然河砂为主。像隧道工程大多数都处在比较偏僻的无天然砂区,如果需要大量天然砂时,就必须从外地运送,不仅增加工程成本,而且直接影响工程的安全、质量和进度。天然砂作为不可再生资源，许多地方已经日趋贫乏。以机制砂代替天然砂配制水泥混凝土，不但能解决河砂短缺现象，还可以改善水泥混凝土的某些性能，具有良好的经济与社会效益。

现以机制砂配制C30水下水泥混凝土为例进行论述与研究。

1.1 试验原材料

（1）水泥：华新水泥厂P•O 42.5级水泥，3d、28d抗压强度分别为22.2MPa和49.6MPa，密度3.15g/cm3。

（2）细集料：房县金裕石料厂角闪岩机制砂，其物理力学性能结果显示，该机制砂级配良好，细度模数计算值高达2.79基本属于规范Ⅱ区砂颗粒级配组成规定范围；石粉含量高达6.9%，符合规范要求。见表1.

（3）粗集料：角闪岩碎石，由5~10mm，10~20mm和16-31.5mm粒级按重量比2:5:3掺配，符合5-31.5mm连续级配要求。表观密度2.795g/cm3，压碎值10.6%，针片状颗粒含量3.8%。

（4）减水剂：广东贝耶尔bye-2聚羧酸减水剂

表1机制砂的物理力学性能指标

2. 混凝土技术要求

2.0C30机制砂混凝土配制技术要求

根据工程施工现场要求，C30机制砂水下混凝土应为自密实混凝土，灌注时免振捣，凝结硬化后有良好的密实性，达到设计强度；能始终保持优良工作性能状态；泌水率小，流动度大，便于混凝土自动扩展填充。

（1）工作性：新拌混凝土坍落度1800~220mm， 2h坍落度保损失值不超过5cm；

（2）抗压强度：28d配制强度≥38.2MPa，7d抗压强度≥30Mpa。

2.1 试验方法

混凝土拌和物和易性能采用坍落度来控制、坍落度试验按《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》（GB/T50080-2002）进行。混凝土抗压强度按《公路水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）进行，试件尺寸150mm×150mm×150mm立方体。

试件成型后在室内用塑料布覆盖静置24h 后脱模，将试件移入室温20±2℃、相对湿度95%以上恒温恒湿箱内养护，分别测定7d、28d、计算砼的抗压强度

3. 机制砂与河砂技术指标的比较与分析

对机制砂进行了检测，并与河砂进行了比较。结果如下：

表3-1 机制砂与河砂性能比较

图3-2机制砂级配曲线图3-3河砂级配曲线

由表3-1、图3-2和图3-3可以看出

（1）由于机制砂表面粗糙、多菱角，使其堆积密度偏小、空隙率偏大为45%。河砂由于粒型呈圆形、表面光滑、堆积密实,空隙率仅仅为39.2%。

（2）机制砂中小于0.075mm颗粒多为石粉颗粒，含量为6.9%，粘土含量由MB值表征为0.75；河砂中小于0.075mm颗粒大部分是多孔状粘土颗粒，含量较少为0.7%，该砂比较干净。

（3）从级配曲线可以看出，机制砂级配曲线接近Ⅱ区级配中值，是比较好的中砂。机制砂由于是机械生产，具有可控性，经过3.5mm的筛孔后粒径在4.75以上的含量为0.6%。河砂虽然也属于Ⅱ区中砂，但是从图中可以明显看出4.75以上和0.6以下的颗粒明显偏多。其4.75以上颗粒含量达8.6%。河砂一般为天然形成，人工调整级配比较困难，从而给混凝土配制带来不利影响。

4. 试验结果与分析

4.0 胶凝材料用量的影响

表2结果显示，在维持同等水胶比(0.31)条件下，随胶凝材料用量增大，即水泥用量增加。以保持同等坍落度为前提，所需减水剂掺量降低，坍落度有所增加，粘性降低，强度略微增大。综合表2工作性与强度试验结果，配比2，即当水胶比0.31、胶凝材料用量400g/m3时，混凝土的工作性最佳。满足自密实性能和设计强度要求。

表2胶凝材料用量对机制砂混凝土性能影响试验

4.1 机制砂石粉含量的影响

表3结果显示，维持胶凝材料用量与用水量不变，增加机制砂中的石粉含

量，混凝土达到同等坍落度所需的减水剂掺量随之增加，当石粉含量7%时（配比2），在减水剂增量不甚显著的情况下，混凝土的坍落扩展度最大、反映混凝土的粘滞性小，有利于实现混凝土的自密实。从抗压强度来看，随石粉含量增大，机制砂混凝土的强度呈递增趋势，即当石粉含量在10%以下对C30混凝土的强度有提高作用。石粉含量对机制砂混凝土工作性的影响主要与其润滑效应、增加浆体体积作用和增粘效应有关，可以起到弥补机制砂表面粗糙的缺点，减少机制砂与碎石之间的摩擦，降低离析泌水等作用，从而改善拌和物的和易性；对强度的影响主要与骨料微粒的晶核作用、参与与水化反应的作用及物理填充效应有关，从而可以增加水化产物数量，改善浆体和界面过渡区的密实度，有利于混凝土强度的提高。

表3 石粉含量对机制砂混凝土性能影响试验

4.2 砂率的影响

表4结果显示，砂率对混凝土的工作性和强度产生了较为明显的影响，工作性最佳和强度最高的砂率均是42%，所以本试验条件下的合理砂率为42%。当然，砂率与机制砂的细度模数与石粉含量有关，细度模数越小、石粉含量越高，合理砂率应越低。

表4砂率对机制砂混凝土性能影响试验

4.3 成型与养护方式的影响

考虑到水下混凝土浇筑时无法振捣，是一种自密实成型方式，表5是比较了经优化得到的配合比（见表4的配比9）在不同成型和养护条件下的抗压强度。结果显示，与振捣、标准养护的混凝土试件强度相比，自密实、标准养护的试件强度差别不大，振捣。说明上述配合比的混凝土具有很好的自密实成型性能，强度能得到良好的发展。

表5 成型与养护方式对水下混凝土的强度影响试验结果

5. 结论

（1）本试验条件下，利用机制砂配制C30自密实水下混凝土的配合比设计参数为：胶凝材料用量400 kg/m3，水胶比0.31，机制砂石粉含量7%，砂率42%，聚羧酸减水剂掺量1.0 %。

（2）随石粉含量在3~10%范围增大，C30机制砂水下混凝土的抗压强度呈上升趋势，引起的拌合物粘滞性的增加可通过适量增加减水剂掺量得以改善。

（3）经优化可配制出初始坍落度大于220mm、28d抗压强度超过45MPa，该混凝土具有良好的自密实性能，可免振捣，其抗压强度并不降低。

（4）机制砂在混凝土中已经全面推广使用,技术上成熟可靠,只要在实际生产中有效控制石粉含量和级配,机制砂在混凝土中的应用是可行的，具有良好的经济与社会效益。