机制砂在混凝土中的应用研究

机制砂在混凝土中的应用研究

摘要：砂石作为现代建筑工程不可缺失的主要骨料，本文对机制砂的定义及技术指标进行了阐述，并应用现状与存在问题进行分析。

关键词：机制砂；定义；现状；存在问题

引言

随着经济建设的飞速发展，带来了土木建筑业的空前活跃，道路、桥梁、铁路、机场、水工建筑、城市建设、通讯等基础设施的建设，使得建筑材料在质和量上都达到了历史上的最高水平。其中占混凝土体积70%以上的砂石骨料的获得要开山采矿，挖掘河床，在自然资源有限的情况下，不少地方出现了违规掏河、毁地取砂的现象，严重破坏了自然生态环境。随着混凝土技术的快速发展，现代混凝土对砂的技术要求越来越高，特别是高强度等级及高性能混凝土对原材料的要求则更高，能满足要求的天然砂资源越来越少，一旦劣质砂应用到了工程中，既浪费了水泥资源又严重影响了工程质量，给人民的生命安全蒙上了阴影。在此背景下，机制砂已经越来越多的进入建筑市场，部分或全部取代天然砂，成为重要的砂资源。随着基础设施建设的快速发展和环境保护的加强，天然砂资源越来越匮乏，使用机制砂已成为必然趋势。

1 机制砂及相关技术指标定义

机制砂是指由专门的机械破碎、进行筛分制成，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩，风化岩石的颗粒，其中附加的配套设备还应涵盖洗砂机，除尘机等。混合砂是由天然砂与机制砂按照一定比例组合而成的砂。

机制砂各项技术指标中泥块含量：机制砂中原粒径大于1.18 mm，经水浸洗、手捏后变成小于600μm的颗粒的含量；石粉含量：机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量；亚甲蓝MB值：用于判定机制砂中粒径小于75μm颗粒含量主要是泥土还是与被加工母岩化学成分相同的石粉的指标；压碎指标：用于检验机制砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破碎的能力及控制其颗粒形状的技术指标。

2 研究现状

国外关于机制砂的研究应用已经有几十年的历史，提出大量关于机制砂在混凝土中的应用理论，如阿根廷学者Bonvetti认为石粉含量为20%时石粉的填充效

应最佳；外国学者T.Ceilk等认为，机制砂的应用改善了混凝土的孔结构，降低了混凝土的含气量，增加了混凝土的密实度。ASTM C33-1997《混凝土集料》规定，对于重载混凝土路面的机制砂石粉含量要求小于8%，对于普通混凝土机制砂石粉含量要求小于15%。可以看出，机制砂在混凝土中应用最受关注的当属石粉含量问题，因为机制砂中石粉含量与天然砂的含泥量是截然不同的两个指标，含泥量越小越好，对混凝土质量是有害无益的，而适当的石粉含量不但可以被接受，而且有利于增强混凝土强度、改善界面区状态等性能。一些如日本黑部川第四坝采用机制砂与天然砂配置的混合砂等成功的国外工程应用经验，告诉我们机制砂是可以全部或部分替代天然砂解决材料难题的。

我国关于机制砂的应用研究已经有了几十年的历史，可以追述到20世纪60年代，那时我国一些建筑工程因环境条件所限，开始以石料为原料进行机制砂加工和应用研究，由于长期没有统一的检测及试验标准，机制砂的发展一度受到限制。贵州、河南、云南是我国最早开始研究机制砂混凝土的地区，取得了良好的效果，并制定了相应的标准。到了70年代，一些地方标准和行业标准，如最早的贵州省地方标准《山砂混凝土技术规程》（后来修订为《山砂混凝土技术规范》DBJ22－016－95），之后有《云南省人工砂技术标准和应用规程》、河南省《人工砂质量标准及应用技术规程》（DBJ41/T048-2003,修订）、重庆市《混凝土用机制砂质量标准集控制方法》（DB50/5017-2000）等地方标准。2001年发布的国家标准GB/T14684-2001《建筑用砂》（2002年2月1日起实施），这一标准的推出无疑推动了机制砂在混凝土中的应用。在国家规范的基础上，不少地区和部门相继定制了较为详细的技术规程，如北京出台了《人工砂应用技术规程》（DBJ/T01-65-2002）、上海出台了《机制砂在混凝土中应用技术规程》（DG/TJ08-506-2002）、2004年天津出台了《人工砂应用技术规程》（DB29-72-2004）和重庆出台了《机制砂、混合砂混凝土应用技术规程》（DB50/5030-2004），代表着机制砂混凝土在我国建筑工程中的研究与实际应用得到了长足进步。

在理论研究和规范出台的基础上，机制砂在我国已经有广泛的应用，并取得成功经验。如在株六复南山河特大桥上64米铁路简支箱梁，设计为C55高性能混凝土，全部采用了机制砂混凝土；我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均大量应用了机制砂。在已有的工程实践中，机制砂配制出了从C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400米；配制出跨度达64米的预应力混凝土梁；在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155MPa。

3 存在问题

现有研究成果中还存在如下几方面问题尚需解决：

（1）按照现行细集料级配规范配制出的混凝土未必有良好的使用性能，可以试图改变机制砂的级配，使机制砂颗粒重新排布，各筛孔颗粒粒形尺寸对混凝土的使用性能的影响进行研究。

（2）由于机制砂的环境条件和试验材料差异很大，研究内容受到限制，现

行国标中对机制砂石粉含量的限制较为严格，并且十分古板，对有利范围和不利范围的界定问题更是让人无所适从，难以全面反应机制砂或石粉特性。

（3）没有统一的控制标准和设计参数指标的支持，对机制砂与天然砂之间存在的差异认识不足，需进行改进，以扬长避短、充分发挥机制砂的作用。

4 结论

目前，由于国际机制砂的应用渐成趋势，机制砂的制造机械、设备也达到了一定的水平，国内有一批新崛起的机制砂制造设备进入了较先进的行列，我国有数以百计的机制砂企业正在运行之中。因此，在各种因素的推动下，机制砂定会在我国广泛地进入建筑工程领域。

参考文献

[1] 宋少民，耿雷，人工砂砂高性能混凝土抗渗性与抗冻性研究，工业建筑[J]，2006，36（7）

[2] 李兴贵，严栋兴，章全恒，高石粉人工砂砂原级配混凝土力学性能试验研究，红河水[J]，2003，22（1）

[3] 徐健，蔡基伟，周明凯，人工砂与人工砂混凝土的研究现状，国外建材科技[J]，2004，25（3）