交流借鉴：浅谈不同品种机制砂对混凝土性能的影响
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本文选自《商品混凝土》杂志2024年第2期
浅谈不同品种机制砂对混凝土性能的影响
戴伟，罗厚俊，郭锋，戴晨，胡媛垒
［摘 要］本文选取了当地 4 种不同类型的机制砂，分析了机制砂的基本性能，并做了混凝土对比试验，主要对比测试了混凝土的坍落度、28 天强度指标，以及混凝土拆模后的外观和 1 个月以后的碳化深度。通过试验了解到，机制砂含泥和絮凝剂对混凝土施工性能和抗压强度影响相当大，应加大对这两项数据的检测。
［关键词］机制砂；颗粒级配；混凝土施工性能；力学性能
0 前言
建筑工程是砂应用最广泛的领域。随着经济发展，基建规模的持续扩张，市场对建设用砂的需求持续增长。由于天然资源的枯竭，加之政府对环保开采管控力度的加大，天然砂产能骤减，价格提升。机制砂因为原材料来源广泛，价格较天然砂有更大的优势，所以机制砂普遍应用已经成为一个趋势。由于生产工艺和生产水平的差异，各个厂家生产的机制砂质量参差不齐，对混凝土性能有很大影响。本文从不同品种机制砂的使用情况入手，探讨不同品种机制砂对混凝土施工性能的影响。
1 试验机制砂品种
相比天然砂而言，机制砂表面粗糙、多棱角、颗粒级配较差。笔者选取了4种细度模数相同的机制砂样品用作试验比对。4种砂分别为华新集团由制砂机加工而成的干法机制砂、本地区的水洗石屑产生的机制砂和本地某两个机制砂厂由制砂机加工而成的湿法机制砂两种。
对机制砂检测得到基础数据见表1和表2。
从表1和表2可以看出，制砂机加工而成的干法机制砂和湿法机制砂颗粒级配优于水洗石屑机制砂。干法砂和湿法砂亚甲蓝＜1.4，含粉量以石粉为主；石屑机制砂亚甲蓝＞1.4，含粉量以泥粉为主。
2 不同机制砂试配对比
试验选取搅拌站一个C30常用的配比，其他原材料相同，外加剂品牌选用常州建科院尼高聚羧酸系高性能减水剂，C30混凝土推荐掺量1.5%。试配配比见表3。
因外加剂掺量为推荐掺量，每种机制砂的混凝土外加剂具体掺量需要在试配中摸索，C30先以1.5%掺量为初始用量，根据初始状态上下调整外加剂掺量以达到初始状态合格。试验中以混凝土初始坍落度(220±10)mm为初始状态合格的评判标准，同时2小时坍落度损失也作为一个评价标准。
将4种机制砂按照表3配合比按25L拌制混凝土，测定其初始坍落度和2小时坍落度，试验结果见表4。
由表4可以看出华新干法机制砂在外加剂掺量1.2%初始状态最佳，两小时坍落度损失也符合施工要求。水洗石屑机制砂在外加剂掺量1.9%初始状态最佳，两小时坍落度损失基本可以满足施工要求。本地湿法机制砂1的两小时坍落度损失严重，外加剂掺量1.8%初始满足要求，两小时后坍落度偏小，施工性能差。外加剂掺量2.1%，初始状态离析，两小时后状态基本可以满足施工要求。本地湿法机制砂2外加剂掺量2.0%，初始状态满足要求，两小时后坍落度损失也基本满足施工要求。
根据《建设用砂》GB/T 14684—2022，含粉量控制依据亚甲蓝值来划分，见表5。
结合表5和前面试配结果可以发现：
（1）华新干法机制砂亚甲蓝值低，含粉以石粉为主且在合格范围内，而且机制砂材质属于白云岩，白云岩石粉对水和外加剂吸附性较小，有良好的需水行为，与外加剂适应性较好，外加剂掺量呈下降趋势，混凝土施工性能符合要求。
（2）本地水洗石屑机制砂亚甲蓝值偏高，砂中含粉量以泥为主，含泥量偏高吸附外加剂导致初始坍落度偏小，需提升外加剂掺量才能使混凝土施工性能达到要求。
（3）本地湿法机制砂1根据亚甲蓝值含粉量在合格范围，但是坍落度损失太大。后经探访现场查明该厂为符合环保要求，使用絮凝剂处理污水，以便回收再利用。可能因为絮凝剂使用计量不准或者絮凝剂品质差，水中残留絮凝剂，导致机制砂内留存絮凝剂。在实际生产中絮凝剂对外加剂性能有很大的影响，从而使混凝土坍落度损失太大，混凝土施工性能不符合要求。
（4）本地湿法机制砂2含粉量根据亚甲蓝值合格但偏高，分析含粉以石粉为主，但是趋于上限，石粉吸附外加剂，同样需要提升外加剂掺量才能使混凝土施工性能达到要求。
针对前面4种砂试配情况，选取2小时后施工性能达标的混凝土制作抗压试件，标养28天，到龄期试压检测，结果见表6。
由表6可以看出，28天抗压强度，华新机制砂最高，湿法机制砂2次之，其余两种机制砂强度最低。由此可以推知絮凝剂、含泥量不仅仅对混凝土的施工性能有很大影响，对混凝土强度同样有很大影响。
3 现场施工性能对比
根据前面试配结果确定的外加剂最佳掺量，针对几种机制砂选择合适外加剂掺量，选取3种机制砂（湿法机制砂1因含有絮凝剂没有用于正常生产施工）的C25的施工配比（计算含水率）详见表7。
根据表7的配比，结合生产情况使用以上3种机制砂，制作同强度等级C25混凝土，进行出厂检测和现场入泵前检测（之间间隔1h），具体检测结果汇总见表8。
针对3种砂的生产情况出厂检测取样制作150mm× 150mm×150mm试块，标养28天，到龄期试压检测，结果见表9。
上述3种不同品种机制砂混凝土拆模后，现场观察混凝土外观情况，龄期满一个月测试几种机制砂对应混凝土碳化情况（同等养护条件下），详见表10。
根据表8～10的对比数据可以看出，3种机制砂在同配比（调整外加剂掺量）、同工地（同等运距）的生产泵送过程中，出厂状态和入泵状态都完全符合现场施工要求，1h坍落度损失也符合要求，混凝土外观基本达标。龄期满1个月混凝土碳化华新机制砂最小，石屑机制砂碳化最大，这是因为石屑机制砂含粉量以泥粉为主，其他两种机制砂含粉量以石粉为主。28天抗压强度华新机制砂最优，湿法机制砂2次之，石屑机制砂最低。
4 结语及建议
在其他原材料相同、胶凝材料用量相同的情况下，通过试配，现场情况及28天强度反馈，可以看出几种机制砂中华新机制砂各方面性能最优，对应的混凝土施工性能最优。分析主要原因是华新机制砂生产工艺成熟，生产水平较高，机制砂级配良好，在生产中可以控制机制砂不含泥、絮凝剂等对混凝土性能和强度有很大影响的物质。且华新机制砂材质属于白云岩，白云石粉需水良好，合理的含粉量可以改善混凝土和易性、流动性，降低外加剂掺量，控制混凝土用水量，提升混凝土抗压强度，同等坍落度下可以节省外加剂用量，降低成本，增加效益。同时通过试验了解到了机制砂含泥和絮凝剂对混凝土施工性能和抗压强度影响是相当大的，此后应加大对这两项数据的检测。
在混凝土的日常生产中，机制砂品质控制是特别重要的一环，市面上机制砂品种繁多，质量波动很大，很不稳定。作为混凝土技术人员首先要配合公司寻找稳定且品质合格的机制砂，其次在受市场相关条件制约时，在采购的机制砂品质波动较大时，应加大对机制砂检测的力度，保证混凝土的正常生产。日常机制砂检测中除了常规的机制砂检测（细度、含粉量、亚甲蓝值和压碎值等），在混凝土性能试验中推荐使用快速检测法，即选用混凝土搅拌站常用的一个混凝土配合比，把石子用量去掉，适当的调整每方的用水量和外加剂掺量，从而得到一个砂浆配比，用此砂浆配比做砂浆扩展度，然后根据砂浆扩展度和扩展度的经时损失来判定这批机制砂质量的波动情况和对混凝土施工性能的影响程度。如果初始扩展度没有达到合理范围，可以通过调整外加剂掺量重复此试验，直至扩展度达到合理范围，再观察扩展度经时损失，若调整了外加剂掺量，扩展度未发生改变或者没有很明显改变，那说明该机制砂暂时不能直接用于混凝土生产。只有初始砂浆扩展度符合要求，经观察扩展度经时损失也符合要求的，才可以结合该批机制砂的其他检测结果调整配合比投入生产。
参考文献
[1] GB/T 50080—2016．普通混凝土拌合物性能试验方法标准[S]．
[2] GB/T14684—2022．建设用砂[S]．
供稿人：戴伟，罗厚俊
编辑员：李海亮
审核人：孙继成，宁夏
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