亢素英

（山西振興公路監(jiān)理有限公司，山西 太原 030006）

細集料作為混凝土材料的重要組成部分，全世界每年耗用近數(shù)十億立方米，很多地區(qū)的細集料已經面臨枯竭，且大量的山砂、河砂抽取，造成山體、河流水體破壞等生態(tài)問題。為緩解大量基礎設施建設帶來砂的巨大需求，以及保護山體水體等不可再生生態(tài)資源，尋找一種可替代現(xiàn)有天然砂的細集料是眾多工程科研人員所面臨的問題。機制砂就是一種可替代傳統(tǒng)天然砂的可再生材料，如何保證其在混凝土工程中的應用質量，將是本文所論述的重點。

機制砂是指經過除土處理，由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質巖、風化的顆粒[1-4]。機制砂的顆粒級配及細度模數(shù)可根據工程需要進行合理調節(jié)，石粉可充分利用。

1 機制砂與傳統(tǒng)天然砂的區(qū)別

機制砂與天然砂有一定的區(qū)別，具體特性表現(xiàn)在以下幾個方面：

a）機制砂顆粒表面粗糙、多棱角體、細度模數(shù)大、石粉含量高，砂中所含石粉有助于改善混凝土的性能。

b）通常情況下，在同一個施工現(xiàn)場，機制砂與碎石一般都是采用相同的母巖加工制作而成的，兩者之間的熱學性能基本一致，有利于確保大體積混凝土的整體效果。

c）采用同一設備和生產工藝制成的機制砂，其細度模數(shù)與單篩的篩余量呈線性關系。換言之，對于同一種機制砂而言，只要準確測出單篩的篩余量就能夠獲得其細度模數(shù)。

d）正常情況下，對于顆粒材料或粉體材料，都會存在著最佳的分布曲線。對于顆粒形狀相同的集料而言，都存在最佳級配。機制砂的級配是從幾微米到幾毫米。機制砂中的石粉其粒徑一般在30～40μm，主要作用為微填充，所以機制砂中石粉含量越高，其細度模數(shù)越小。

e）機制砂本身的粒級差異相對較大。由機械設備生產出來的機制砂其級配能夠隨意調整，只要控制細度模數(shù)和石粉含量，就可生產出級配優(yōu)良，質量合格的產品。

f）以機制砂為細集料配制的混凝土，其坍落度有所減小，且混凝土28 d標準強度有所提高，若是保持與天然砂配制的混凝土坍落度一致，會導致單位用水量增大，但在不增大水泥用量的情況下，水灰比變大后，混凝土強度不會降低[5-8]。

2 機制砂對混凝土工作性的改善作用

機制砂中的石粉在一定的范圍內，可以改善混凝土的工作性能，并能提高混凝土的密實度、抗?jié)B性、抗凍性，從而提高混凝土的耐久性。具體原因如下所述：

a）機制砂中的石粉補充了細顆粒，對混凝土能起到潤滑和填充作用，增加了拌合物的黏聚性，增強了保水性，使泌水情況得到改善，從而提高了混凝土的和易性。

b）機制砂中石粉在水泥水化反應中起晶棱作用和微集料填充作用。機制砂中石粉的增加使整個混凝土體系中粉體材料總量增加，形成漿體量也隨之增加，混凝土有足夠多的漿體去包裹粗細集料。同時在水灰比和膠凝材料不變的情況下，增加石粉的用量會使整個漿體變得黏稠，使集料之間的黏結更為緊密，由此提高了混凝土的強度?；炷猎矫軐崳炷恋牧W性能越好，抗?jié)B抗凍效果越好。

c）機制砂中的石粉可以填充到混凝土的孔隙中，起到填充效應，增加混凝土的密實度，從而抑制混凝土的干燥收縮，對混凝土的收縮有利[9-11]。

3 機制砂質量控制要點

機制砂在生產過程中、混凝土施工過程中的質量控制要點：

a）在生產機制砂時，塊石有時會夾帶一些泥土，從而會對機制砂的質量有所影響。因此，在礦山開采時，應將表面的泥土和植被全部清除干凈；在塊石裝卸時，應將混入的泥土全部清除；通過振動喂料機對塊石中混有的泥土進行篩除。

b）在生產時對機制砂細度模數(shù)的控制。通常情況下，機制砂的級配相對差一些，這主要是因為累計篩余和通過率較大造成的。為此，想要進一步確保機制砂的細度模數(shù)和級配，就必須依賴最小級振動篩網來實現(xiàn)，而洗砂強度的調整則可憑借對水流量的調節(jié)及工人觀察來實現(xiàn)。經過大量的實踐表明，當最小級振動篩篩孔尺寸為3.5 mm時，可控制在3.4 mm以內，級配能夠滿足標準要求。

c）機制砂壓碎指標的控制。壓碎指標主要用于反映機制砂的堅固性，即判斷其抵抗外力作用破壞的能力。機制砂的耐壓碎性能在一定程度上會制約混凝土的強度發(fā)展。尤其對高強混凝土的影響較大。顆粒形狀相對完好的機制砂，其壓碎指標值一般在20%～25%這一范圍內。機制砂中針片狀含量多少對壓碎值指標有所影響。而拌制混凝土的機制砂壓碎值必須控制在30%以下。為此，應當盡可能選用母巖抗壓強度較高的、巖體完整性較好的巖石來制備機制砂，這樣能夠使壓碎值指標符合標準要求。

d）配制機制砂混凝土，其石粉含量最好控制在10%以內。不同國家的標準對石粉含量有著不一樣的要求。石粉在水泥混凝土中的最佳摻量受到多種因素的制約，這些制約因素主要有機制砂母巖的種類，機制砂本身的粒形、粒度分布，以及所需配置混凝土的具體要求，尤其是對礦物摻和料的要求。對于混凝土而言，一個合理的石粉摻量是有積極意義的。但由于不同石粉，其自身的各項性能差異較高，使其在不同的水泥混凝土體系中的用法與用量均不相同，需根據具體的試驗進行確定。

很多科研工作者對石粉含量進行了研究，目前的研究結果主要為最佳石粉含量為：15%～18%、17%±2%、16%；這些數(shù)據為我們日后在使用機制砂過程提供了一個基礎性的參考數(shù)據，我們可以在這些基礎數(shù)據的基礎上進行上下延伸，最終通過試驗確定合理含量。

e）在機制砂-水泥混凝土配合比設計中，砂率、用水量、減水劑的大小是至關重要的3個參數(shù)，需達到精確控制。首先，在試驗中采用“五點法”對砂率進行選擇，確定一個基礎砂率，在此基礎上，上下浮動2%進行和易性試驗與力學性能考察，確定最佳砂率。用水量以及減水劑的確定也是同樣過程，需綜合考慮三者的協(xié)同作用，考察因素可增加彈性模量，收縮應變等性能。

f）機制砂中的石粉是一種惰性的填充礦物，石粉含量較高時，相當于增加體系中粉料的用量，黏度增大，使得漿料不宜混合均勻，需增加一定的攪拌時間，使粉料均勻包裹于集料表面，避免出現(xiàn)露石等現(xiàn)象。

g）有序合理的振搗，防止漏振、欠振和過振。機制砂中含有一定量的石粉，具有填充空隙、包裹砂粒表面、降低骨料間內阻力的作用，使混凝土容易振搗密實，因此在使用中，需控制振動成型的時間，可適當縮短振搗時間。

h）機制砂應注重加強整個齡期的養(yǎng)護，機制砂中含有石粉與一定量的黏土，這些都成為日后產生干縮裂縫的隱患，需加強齡期養(yǎng)護。

4 結論

混凝土材料是一種包容性很強的體系，經過科研工作者的不斷努力與研究，可以消納現(xiàn)有的固體廢棄物資源或者試驗中被遺棄的“劣質資源”。機制砂在混凝土中的成功應用，就是一個經典的應用示例。只有從事混凝土的技術人員不斷實現(xiàn)自我突破，才能實現(xiàn)混凝土結構真正的綠色化。