谈谈机制砂在工程中的应用

陈淑丽 陈鹏

汕头市达濠市政建设有限公司

摘要：本文以永蓝高速公路工程机制砂应用于混凝土为实例，对机制砂混凝土与河砂混凝土的性能进行了比较，阐述了机制砂混凝土配合比设计中的几个关键步骤及应注意的问题，并谈了机制砂代替天然砂应用到混凝土中的体会，指出了采用机制砂混凝土不仅可提升资源利用率，节约建造成本，又可保证工程质量。

关键词：机制砂、机制砂混凝土、最佳砂率、配合比设计、经济效益。 一、概述

二广高速公路湖南永州至蓝山段工程（简称永蓝高速公路工程）位于湖南省南部，属山区高速公路，该地区天然砂资源匮乏，大都从外地调运，其价格相当昂贵。随着永蓝高速公路的施工进入高峰期，全线混凝土用砂需求量急增，天然砂资源难以保证该项目建设的需要。为解决天然砂料源紧张和降低工程成本，我们利用当地的岩石资源和工程弃置的废石生产机制砂，并根据工程的不同结构部位及其技术参数的要求，开展了一系列机制砂应用于混凝土中的试验工作，且对各个强度等级的机制砂混凝土配合比进行了优化设计。现就机制砂应用于工程混凝土中的一些试验数据和体会做一下总结，供同行参考。

二、试验所采用原材料的各项性能指标

1、细集料：采用麻江机制砂和五里牌河砂进行比对试验，各技术性能见表1。 细集料各项性能指标 表1 砂样 麻江机制砂 五里牌河砂 表观密度（g/cm） 2.787 2.613 3堆积密度（g/cm） 1.520 1.581 3空隙率（%） 45.5 39.5 含泥量 （%） 9.5 0.7 细度模数 级配区 2.83 2.80 Ⅱ Ⅱ 2、粗集料：采用长岭石场4.75mm-31.5mm级配碎石，各技术性能见表2。

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粗集料各项性能指标 表2 针片状颗粒含量 泥块含量（%） （%） 5.4 0.2 含泥量（%） 0.5 压碎值（%） 12.9 表观密度（kg/m3） 2657 松堆密度（kg/m3） 1600 空隙率（%） 39.8 3、水泥：韶峰P·O42.5水泥，各技术性能见表3。

水泥各项性能指标 表3 凝结时间（min） 初凝 159 终凝 251 安定性 合格 抗折强度（MPa） 抗压强度（MPa） 比表面积 3d 5.4 28d 8.2 3d 28.6 28d 48.5 （m2/ kg） 356 标准稠度 （%） 25.8 4、减水剂：广州凯立QG-PP1高效减水剂。 三、机制砂混凝土与河砂混凝土的性能比较

永蓝高速公路工程全线低强度等级混凝土主要有桥涵下部构造、隧道工程、水下灌注桩、通涵构造物、大体积抗滑桩等构造物，我们选择C30抗滑桩泵送机制砂混凝土（设计坍落度为140 mm -160mm）为试验目标，经试验得出了以下结论（数据详见表4）：

1、机制砂混凝土和河砂混凝土在单位用水量不变的情况下，其强度均随着水泥用量的增加而递增（见图1）。

2、机制砂混凝土的7d抗压强度大于河砂混凝土，且随着水泥用量的减少强度增大越明显（见图1）。

557d抗压强度（MPa）453525152502803103403704003水泥用量（kg/m）430460机制砂河砂

图1：水泥用量与抗压强度的关系曲线

3、机制砂表面粗糙，多棱角，石粉含量多，故采用不同类的砂，其混凝土所采用的砂率对混凝土拌和物和易性会有明显的影响。机制砂混凝土与河砂混凝土相比，在相同水灰比和同样的水泥用量时，要满足混凝土相同的坍落度，机制砂采用的砂率比河砂明显要大。

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麻江机制砂混凝土与五里牌河砂混凝土性能比较 表4 机制砂砂率河砂砂率 水泥用量用水量 减水剂机制砂坍落度河砂 坍落度机制砂7d抗压强度(MPa) 32.2 35.6 39.3 40.6 44.5 50.2 河砂 7d抗压强度 (MPa) 26.2 30.8 35.1 38.2 42.2 45.3 （%） （%） 45 44 43 42 41 40 41 40 39 38 37 36 （kg/m3） （kg/m3） （%） 280 310 340 370 400 430 165 165 165 165 165 165 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8 （mm） （mm） 135 145 145 160 160 170 170 150 170 175 165 180 四、机制砂混凝土的配制及性能试验 1、配制强度的计算

机制砂混凝土配合比设计应满足设计和施工混凝土拌和物和易性、凝结速度及强度和耐久性能等质量要求。机制砂混凝土的配制强度按《普通混凝土配合比设计规程》和《公路桥涵施工技术规范》中的要求进行计算，我们所选取的C30抗滑桩泵送机制砂混凝土（设计坍落度为140 mm -160mm）的配制强度为38.2 MPa。

2、单位用水量和外加剂掺量的选取

机制砂混凝土单位用水量，仍根据普通混凝土坍落度要求进行初选，由于机制砂石粉含量较高，用水量一般较河砂大。太大的用水量，会使混凝土易产生离析，所以常用掺高效减水剂的方法解决这一问题。我们做了对比试验，在固定水泥用量下，通过调整用水量和减水剂掺量得到机制砂混凝土的工作性能,试验结果见表5：

用水量和减水剂掺量对混凝土工作性的影响 表5 水泥用量3用水量3砂率减水剂（%） 0 0.5 0.7 0.9 1.1 3

（kg/m） （kg/m） （%） 340 340 340 340 340

工作性能状态描述 粘聚性较差，离析泌水，坍落度为155mm. 粘聚性一般，少量泌水离析，坍落度为150mm 粘聚性好，坍落度为160mm 粘聚性好，坍落度为155mm. 粘聚性差，离析泌水，坍落度为160mm 205 180 170 165 155 42 42 42 42 42 由表5分析得出：机制砂混凝土中的用水量和减水剂掺量对混凝土和易性的影响比较大，用水量或减水剂掺量过高，易造成混凝土的粘聚性较差和振捣后离析泌水。因此，我们选取单位用水量为165kg~175 kg，减水剂掺量为0.6%~1.0%。

3、单位水泥用量的确定

机制砂混凝土与河砂混凝土相比，机制砂混凝土的配制无需增加水泥用量。因此，我们选取单位水泥用量为320kg~400 kg。

4、混凝土砂率的选取

机制砂混凝土的砂率不宜按天然砂混凝土砂率选取的方法直接选取，而是要根据机制砂的细度模数，颗粒级配，石粉含量等经试验确定。同等水灰比下砂率过大会使混凝土变得粘稠而达不到预期的流动性；砂率过小会使混凝土变得干硬易于离析。因此应选取合适的砂率，以保证混凝土拌合物具有良好的和易性、耐久性和较高的抗压强度。

根据机制砂的特性，我们采用不同的砂率对机制砂混凝土工作性及强度的影响进行了试验，试验结果见表6：

砂率对机制砂混凝土工作性及强度的影响 表6 水灰比 0.49 0.49 0.49 0.49 0.49 砂率水泥用量用水量减水剂掺量（%） 0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

55坍落度 （mm） 165 155 145 150 150 7d抗压 强度（MPa） 36.1 39.3 37.2 36.5 36.2 3（%） （kg/m3） （kg/m） 45 43 41 39 37 340 340 340 340 340 165 165 165 165 165 7d抗压强度（MPa）453525153537394143砂率（%）47

图2：砂率与抗压强度的关系曲线

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由图2和表6得出：水泥用量和水灰比相同，随着砂率的增大坍落度逐渐增加；混凝土抗压强度随着砂率的增加逐渐增大，砂率为43%时强度最高，然后又随着砂率的增加强度逐渐下降。根据试验结果和实践经验，我们选取最佳砂率为40%-43%之间。

5、配合比的试配和确定

机制砂混凝土的试配和确定与天然砂混凝土的步骤及要求相同，但要特别注意混凝土工作性能的变化。根据对机制砂混凝土所做的一系列试验，我们采用三个不同的配合比进行试配，并根据《普通混凝土配合比设计规程》和《公路桥涵施工技术规范》中的要求，确定2#配合比为C30抗滑桩泵送机制砂混凝土的设计配合比，其试验结果见表7： 机制砂混凝土配合比试配结果 表7 编 号 1 2 3 水泥用量3用水量3砂率 减水混凝土 质量密度（kg/m） 2400 2420 2420 3坍落度（mm） 145 155 140 7d抗压强度(MPa) 31.1 35.1 40.6 28d抗压强度 (MPa) 34.5 39.2 45.0 （kg/m） （kg/m） （%） 剂（%） 327 362 405 五、应用体会

170 170 170 42 41 40 0.8 0.8 0.8 围绕机制砂的各项技术性能指标和机制砂混凝土配合比的优化设计及其在工程中的应用，我们对永蓝高速公路工程的机制砂混凝土做了大量的试验工作，取得了许多宝贵的数据和经验，现总结如下：

1、机制砂表面粗糙多棱角，细度模数大，石粉含量高。但生产可控性强，应通过控制细度模数和石粉含量，生产级配优良、质量合格的机制砂。

2、机制砂混凝土的砂率一般比河砂混凝土明显要大，应根据其技术性能和混凝土工作性能的要求经试验确定最佳砂率。在保证机制砂混凝土拌合物工作性良好的情况下，应尽可能选取较小的砂率，以保证混凝土不出现干燥收缩。

3、机制砂对水比较敏感，通过掺加高效减水剂等方法，可配制出不同技术要求的混凝土以满足施工的需要。

4、配制低强度等级机制砂混凝土，机制砂石粉含量最好控制在10%以内，同时应根据机制砂中石粉含量来确定所采用水泥的等级，机制砂中石粉含量较低时，应采用低强度等级水泥，通过较大的水泥用量来保证机制砂混凝土的粘聚性。

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5、机制砂石粉含量较高，在拌制混凝土中不易搅拌均匀，搅拌时间应增加30S-60S，以改善机制砂混凝土的和易性，提高保水性和粘聚性。

6、机制砂混凝土应加强早期湿养，养护时间应比天然砂混凝土延长2d -3d，若养护不及时或养护期间浇水不足，构件会因缺水引起干缩开裂，影响混凝土的耐久性。

7、在施工过程中，应根据材料的情况和对机制砂混凝土的检验结果对配合比给予必要的调整，并要特别注意控制机制砂细度模数的变化在2%范围内，以确保机制砂混凝土的质量稳定。

六、结语

在工程建设过程中，砂作为混凝土结构材料的重要组成部分，其质量优劣对工程质量具有较大影响，在满足混凝土用砂要求的前提下，选用经济可行的材料，既能满足施工的质量要求，又能有效控制成本。在天然砂资源缺乏的地区，使用优质机制砂用于混凝土施工，不仅是可行的，其经济效益也较显著。在机制砂的试验研究工作中，也可以尝试让其代替天然砂应用到沥青混合料或水泥砂浆等当中，也可举一反三在其它地域的工程中应用，其具有较大的试验、推广和应用价值。

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