机制砂和石粉的正确使用

机制砂及石粉的正确使用机制砂的相关术语机制砂manufacturedsand岩石、尾矿或工业废渣经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂。机制砂的相关术语石粉含量finecontent机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量。亚甲蓝(MB)值methylenebluevalue用于判定机制砂中粒径小于75μm颗粒的吸附性能的指标。河砂的技术特点光滑的表面，粒形良好，吸水性相对较小。如果细度、级配符合要求，则混凝土胶凝材料用量与单方用水量容易控制。但如果级配不合理，且过细、含泥量多则影响混凝土强度与体积稳定性。机制砂的缺点相对于河砂，粒形不够圆滑，颗粒尖锐有棱角。表面粗糙，同样砂率时表面积较大。总体看吸水性大于河砂。机制砂混凝土性能特征人工砂与河砂相比,由于有一定数量的石粉,使得人工砂混凝土的和易性得到改善。适量的石粉可以起到填充作用，有利于机制砂混凝土强度提高，但不同强度等级机制砂混凝土对应最佳石粉含量不同。机制砂混凝土性能特征对于体积稳定性的影响研究结论不一致，这主要是因为机制砂的品种多样。总体而言与对混凝土单位体积用水量的影响有关。对于混凝土开裂敏感性而言，具有一定量的石粉，对抗开裂有利。与保水性提高，抗渗性提高有关。几个相关问题的讨论—石粉石粉也是小于75μm的颗粒，但石粉与天然砂中的泥成分不同、粒径分布不同、在混凝土中所起的作用亦不同，石粉与机制砂化学成分相同，适量石粉对混凝土是有益的。现代混凝土设计理念强调骨料之间空隙最小，密实度最高。几个相关问题的讨论—石粉石粉含量（%）051015202530钙质河卵石粉0.250.50.60.750.7511硅质石粉0.2511.251.51.751.752钙质山砂石粉0.250.50.50.50.50.50.75名称矿物种类及含量（%）石英钾长石斜长石方解石白云石粘土矿物钙质河卵石粉4.02.3—58.635.1—硅质石粉60.9————39.1钙质山砂石粉3.20.30.48115.1—•不同种类石粉含量与MB值的关系几个相关问题的讨论—石粉石粉含量（%）051015202530钙质河卵石粉0.250.50.60.750.7511硅质石粉0.2511.251.51.751.752钙质山砂石粉0.250.50.50.50.50.50.75名称矿物种类及含量（%）石英钾长石斜长石方解石白云石粘土矿物钙质河卵石粉4.02.3—58.635.1—硅质石粉60.9————39.1钙质山砂石粉3.20.30.48115.1—•不同种类石粉含量与MB值的关系几个相关问题的讨论—石粉人工砂中石粉含量和MB值之间并没有相关性，即决定人工砂MB值大小的不是其中石粉含量，主要和石粉的矿物成分有关。硅质石粉比河卵石和钙质石粉对人工砂MB值的影响更大。人工砂MB值受细粉中SiO2和Al2O3含量的影响，即人工砂MB值与高岭土类矿物含量有关系。石粉的细度对其MB值没有影响。不同地区人工砂MB值不能完全反映出细粉的含量和矿物成分，要想限制人工砂中粘土类物质的含量需要用石粉含量和MB值两个指标共同控制。几个相关问题的讨论—石粉配制中低强度等级混凝土时很难解决强度富裕过大与工作性之间的矛盾,人工砂中的石粉很好地解决了这个矛盾,即在低水泥用量情况下,配制出工作性符合要求的混凝土。几个相关问题的讨论—石粉机制砂中含有的石粉,具有充填空隙、包裹砂粒表面、降低骨料间内阻力的作用,使混凝土容易振捣密实,从而提高混凝土的抗渗性和耐久性。混凝土的单位密度随着石粉含量的增加而提高,其孔隙则随着石粉含量的增加而降低。几个相关问题的讨论—石粉MB值0.51.01.52.02.5流动度(mm)197185175172165坍落度(mm)220160125—90砂浆28d强度(MPa)55.554.5525046.8混凝土28d强度(MPa)60.550.248.7—46.2砂浆的28d干缩值(mm)0.1070.1130.1270.1400.147C60混凝土125次冻融循环后质量损失（%）2.863.214.355.62—C60混凝土125次冻融循环后相对动弹性模量(%)70.365.355.748.6—C60混凝土氯离子扩散系数(10-12m2/s)1.081.23.595.78—几个相关问题的讨论—石粉当人工砂MB值≤0.5时，石粉中吸附性的粘土类物质很少，可以起到减水作用，用在混凝土中效果最好，可以用在C60及以上混凝土中。0.5≤MB≤1.0时，人工砂中会含有少量的粘土类物质，对混凝土性能影响不明显，还能改善混凝土的和易性，可用在C30～C55混凝土中。1.0≤MB≤1.4时，石粉中含有较多的粘土类物质，对混凝土用水量有一定的影响，但并不影响混凝土的质量，可以正常使用，用于C25及以下的混凝土中，还能避免低强度等级混凝土中胶凝材料用量较少和易性差的问题，使强度和耐久性达到保证。MB1.4时，石粉在粘土类物质含量很多，用于混凝土中对其工作性带来很大的不利影响，影响强度和耐久性。几个相关问题的讨论—有效水胶比为什么一般情况下，用人工砂比天然砂混凝土水灰比放大0.05后，配制的混凝土强度不但不降，反有提高？几个相关问题的讨论—有效水胶比有效水胶比(watertobinderratio，w/b)：混凝土中骨料饱和面干含水量以外的用水量与胶凝材料总量的质量比。饱和面干试模和试验砂子含水的三种状态人工砂天然砂几个相关问题的讨论—有效水胶比张裕民等人做过机制砂与天然砂的电镜分析，观察发现石灰石质人工砂与水泥水化凝胶间结合紧密，界面处无裂缝。而天然砂与水泥水化界面多有裂缝，16张照片中，有14张界面有裂缝。有的宽度达1～2μm。几个相关问题的讨论—机制砂的复杂性不同岩石种类机制砂性质相差很大，例如玄武岩吸水率就大于石灰岩。即便同一岩石种类的机制砂，由于加工工艺不同，级配、粒形相差很大，可能表现出完全不同的混凝土性能。机制砂混凝土配合比选择的原则关于细度模数，机制砂宜取2.6-3.0，不宜大于3.1。关于级配建议在Ⅱ区为宜。空隙率宜控制在42%以下。机制砂混凝土配合比选择的原则对于中低强度等级混凝土，硅质石粉可以控制在7%以下；钙质石粉可以取10-15%，以控制水泥、粉煤灰、矿渣粉用量。对于高等级混凝土,硅质石粉含量宜严格控制,如果是钙质石粉含量可以控制在7-10%，对降低拌合物粘性具有显著效果。机制砂混凝土配合比选择的原则机制砂具有碱活性时，混凝土矿物掺合料占胶凝材料比例宜为粉煤灰掺量不低于30%；矿渣粉不低于40%。含气量不低于4.0%。机制砂宜采用据以饱和面干骨料的混凝土配合比设计方法。尤其是吸水率高的机制砂。机制砂混凝土配合比选择的原则在可以满足施工要求的前提下，尽可能控制坍落度，较小的坍落度，例如120-160mm，混凝土匀质性好，浆骨比低，体积稳定性好。粗骨料采用两级配或三级配分别计量投料，保证级配后的松堆空隙率不大于42%。充分利用细河砂与尾矿细砂在生产使用机制砂的过程中，应该尽可能利用储量巨大的细河砂与尾矿细砂。这些地区的天然砂、尾矿砂都存在偏细(细度模数小于1.4)的现象。将人工粗砂和天然或人工细砂按一定比例混合成混合砂应用的工程实例越来越多，出现了用机制粗砂和细砂组成的混合砂。这一方法值得关注。充分利用细河砂与尾矿细砂例如天然河砂的表观密度为2670kg/m3，细度模数为2.1，含泥量2.8%。机制砂细度模数3.7。细骨料细度模数人工砂3.720%细砂＋80%人工砂3.030%细砂＋70%人工砂2.940%细砂＋60%人工砂3.050%细砂＋50%人工砂2.760%细砂＋40%人工砂2.670%细砂＋30%人工砂2.6细砂2.1天然中砂2.8充分利用细河砂与尾矿细砂试验编号水泥粉煤灰天然砂人工砂石子外加剂用水量15-121014043243299571604-12201302606059957.41734-22301302606059958.31674-32551302606059959.61646-530013043243299512.51689-431012642042097011.81609-636012642042097014.6160试验编号3d(MPa)7d(MPa)14d(MPa)28d(MPa)初始坍落度（mm）设计强度等级达设计强度的％15-113.315.220.626.1200C201304-114.121.929.332.6220C251304-21121.532.940220C301334-315.423.529.841.7200C351196-522.43042.347.5220C401189-430.739.741.251.8200C451159-638.146.653.259.9230C50120充分利用细河砂与尾矿细砂人工砂与细砂按不同比例掺配，可配制出和易性良好的C20～C50各强度等级的混凝土，且实际强度均达到设计强度的115%以上，初始坍落度大于200mm。人工砂与细砂混凝土的抗渗性良好，能满足建筑物部件对抗渗性的要求；氯离子渗透系数为158×10-14m2/s，比天然中砂混凝土的低；充分利用细河砂与尾矿细砂在硫酸盐侵蚀试验中,经过30次干湿循环以后,质量增加量和强度减少量都能满足要求，抗硫酸盐侵蚀性能优于天然中砂混凝土；从人工砂与细砂混凝土的SEM形貌图可以看出，人工砂与水泥石的界面结合状况良好且混凝土的密实度较高，力学性能得到改善。结语多组分混凝土技术平台的复杂性增大，机制砂的应用使这一情况更突出。混凝土材料厚德载物，消纳废弃资源、劣质资源。混凝土技术人员自强不息，实现绿色混凝土技术的广泛应用。