机制砂与海砂混合在混凝土中的应用研究

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摘要：本文提出了通过分析机制砂与海砂的特点，再通过一定比例的混合试验证明机制砂与海砂混合后所配置出来的混凝土各项技术性能指标满足国家标准要求，从而解决了机制砂与海砂单独使用对混凝土适用性的不利影响。并可缓解资源紧张增加效益。

关键字：砂的特点 试验论证混凝土性能节能减排分析

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

0前言

混凝土是建筑业最主要的原料，而用于混凝土中的砂是混凝土的重要组成材料之一。近年来，随着防城港地区的建筑市场日益火爆，导致防城港地区的商品混凝土公司如“雨后春笋”般兴起，致使防城港地区河砂供不应求，其它地方所供应的河砂质量且参差不齐，细度模数小，含泥量高；再加上防城港地区临近海边，致使一些不良供应商将海砂冒充河砂销售，这给混凝土结构的长期性和耐久性带来了严重的质量隐患。

1 砂的特点：

海砂是出产于海洋和入海口附近的砂。海砂颗粒表面较圆润，其表面粗糙度基本在14.2～15.0S，颗粒级配较好，含泥量低。用海砂配置的混凝土由于受其盐分的影响，其中氯离子会造成钢筋的电化学腐蚀，削弱了钢筋截面，而且由于锈蚀产物的膨胀作用而使混凝土保护层开裂、剥落，从而造成钢筋混凝土结构失效。其中贝壳类轻物质含量较多时，会明显使混凝土的和易性变差，使混凝土的抗压、抗碳化度及抗渗等性能均有所降低。

机制砂是经除土处理，由机械破碎、筛分制成的粒径小于4.75mm的岩石、矿山或工业废渣颗粒。机制砂颗粒级配较差、颗粒粒型不好含有一定量的石粉，表面较粗糙，其粗糙的颗粒表面使骨料和界面粘结性能好。但其流动阻力对混凝土的工作性产生不利影响。用机制砂所配置的混凝土和易性、泌水性较差、坍落度会降低、不利于施工。

2混合砂试验论证

通过将机制砂与海砂按一定比例混合后，检测其中相关有害物质的含量及其它的一些性能指标。

2.1 试验用原材料：

机制砂：防城港市连城沙场供应；海砂为：防城港港口区当地海砂（属就地取材），其各项性能指标如下表：

表1砂各项性能指标

根据表1砂的各项性能指标来分析，本试验所使用的机制砂的颗粒级配较差，石粉含量为17.8%，超过国家标准规范要求。海砂中主要是硫化物及硫酸盐、氯化物、贝壳含量超标，易对混凝土结构的长期性和耐久性产生严重质量隐患。故此次试验我们采取机制砂与海砂混合的方式来降低混合砂中石粉含量、硫化物及硫酸盐、贝壳含量及氯化物的含量，从而达到满足国家标准要求。

2.2 混合砂

2.2.1混合比例

表2 混合砂各项性能指标

通过表2的数据分析，随着海砂的掺量逐渐减少，混合后的砂中有害物质也进一步降低，符合并满足国家标准规范建筑用砂《GB/T14684-2011》要求。有害物质的降低有可能是因为机制砂的量变改变了混合砂的质变，再加上机制上中所含的石粉，有可能对混合砂中的有害物质也起到了一些中和效应，只要找准混合比例，混合砂还是可以使用于混凝土拌合物中的。为此我们使用混合砂对其拌合物的性能作了如下试验。

3．混凝土性能

3.1 混凝土试验原材料

3.1.1水泥

采用强度等级为42.5的广西扶绥海螺P.O水泥。其技术指标为：3天、28天抗压强度分别为25.2 MPa、53.8 MPa;3天、28天抗折强度分别为4.9 MPa、9.0 MPa;细度：2.3％;标准稠度用水量：27％;初凝时间：215分钟，终凝时间：4小时20分。

3.1.2矿物掺合料

粉煤灰选用广西钦州电厂生产的Ⅱ级灰，矿粉为广西万鑫钢厂生产的S95级。

3.1.3骨料

粗骨料采用防城港市连城石场生产的碎石，粒径为5-31.5mm，砂子采用不同比例的机制砂与海砂混合后的混合砂。

3.1.4外加剂：减水剂为防城港市越加建材有限公司生产的聚羧酸系缓凝型高效减水剂。

3.2混凝土力学性能

根据不同比例的混合砂作相关试验，我们采用C30泵送配合比做混凝土力学性能试验：水泥：砂：石子：矿粉：粉煤灰：水：外加剂=212：768：1075：82：71：172 ：5.84

表3 混凝土力学性能指标

由上述试验结果及数据显示分析可知：用混合砂配置的混凝土粘聚性都良好，但是随着海砂掺量的变化，混凝土的流动性能、坍落度损失及力学性能均跟着变化。首先：混凝土的坍落度及扩展度随海砂的掺量降低而变小，因为机制砂表面结构棱角丰富，粗糙度大于海砂这是导致混凝土流动性差的根本原因；第二：因为机制砂中含泥量较小，但是石粉含量偏大，石粉在水泥水化过程中起到了一定的晶核作用，诱导水泥水化产物析晶，从而加速了水泥水化并参与了水化物的形成，从而致使混合砂混凝土的坍损随海砂的掺量的减少而进一步加快。第三，通过强度分析，当混合砂的混合比例在8：2时，强度最高，这说明混合砂中机制砂与海砂混合的比例最适中，使石粉和海砂弥补了纯机制砂砂中细颗粒偏少的缺陷，填充了细骨料间的空隙，不但使混凝土中的毛细孔得到了细化，孔隙率减少，也更加密实，而且改善了水泥浆与骨料间的粘结，从而使混凝土的强度提高。第四，当混合砂中的海砂掺量较少时，混凝土的保水性能较差，这跟混合砂的颗粒级配有很大的关系。

综合以上分析：混合砂的最佳混合比例在8:2(机制砂：海砂)，恰好调整了机制砂的颗粒级配并克服了机制砂流动性能差，保水性差等特点，使混凝土的强度最高。同样，机制砂的掺入也减少了海砂中有害物质的数量。因此确定方案四为最佳混合方案。

3.3混凝土长期性和耐久性

机制砂中石粉含量较高，以防混凝土后期开裂等因素，对混凝土的长期性和耐久性造成影响。因此将方案四所配置出的混合砂混凝土与河砂混凝土进行了抗渗性能、干缩性能和抗碳化性能进行了试验比较分析。

3.3.1抗渗试验

试验试块规格为185mm×175mm×150mm ，标准养护28d，试件养护至试验前一天取出，将表面晾干，然后再其侧面涂一层熔化的密封蜡，随即在螺旋或其它加压装置上，将试件压入经烘箱预热过的试件套中，稍冷却后，解除压力，联通试件套装在抗渗仪上进行试验。试验从水压0.1Mpa,每隔8小时增加水压0.1 Mpa，直至6个试件中表面渗水试件少于3个时，即停止试验。试验结果见表4:

表4混凝土抗渗试验数据表

通过表4来看，在相同配合比的情况下，混合砂混凝土的抗渗性能明显的优于河砂混凝土，这表明通过机制砂里面掺加了一定量的海砂，改善了混合砂的颗粒级配的连续性，再加上混合砂中的石粉使混合后的砂起到了分散水泥粒子的作用，使水泥水化更加均匀，一致，生成的水泥石中有害孔大大减少，密闭的小孔增多，从而增大了混凝土的密实性，且减少了混凝土离析、泌水的可能性，提高了混凝土拌合物的稳定性，提高了硬化后混凝土的整体性能，使混合砂混凝土的抗渗性能有所提高。

3.3.2干缩性能试验

干缩采用100 mm×100 mm×515 mm的棱柱体试件，两端埋设金属测头，测长采用弓形螺旋测微器测量。试件成型标准养护1d后移入干缩恒温室立即测定基准长度，试件的干缩龄期以测基准长度后算起，分别为1 d、3 d、7 d、14 d、28 d、60 d、90 d。干缩恒温室内的温度为20±2 ℃，相对湿度为60±5 %。试验结果见表5

表5混凝土干缩性能试验数据表

从表5试验结果可以看出，在相同配合比的情况下，混合砂混凝土的前14天龄期干缩值比河砂混凝土要大，而28天以后龄期混合砂混凝土的干缩率与河砂混凝土相差不大甚至有所降低（因此，较高石粉含量的机制砂混凝土要特别注意早期的养护）。这可能是因为石粉加速了Ca(OH)2和C-S-H（水化硅酸钙）的形成，并与C3A反应生成了水化碳铝酸钙晶体，增加了水化产物数量，使干缩增大；随石粉含量的增加，大多数的石粉不能参与上述水化反应，石粉中许多微细粒子具有填充作用，使混凝土孔结构细化并增加了毛细孔的曲折程度，对收缩起到了一定的抑制作用，因而干缩率有减小的趋势。另外，粉煤灰和矿粉对机制砂的干缩有一定的降低作用。

3.3.3混凝土的抗碳化性能

试件在28d龄期开始碳化，试验前3d应提前从标准养护室取出，晾干1d，然后再60℃下烘干48h。烘干的试件除留下相对的两侧面外，其余各面用石蜡密封。放进碳化箱内，经21d碳化后分别取出，然后在试件中部劈开。将劈开的试件部分刮去断面上残余的粉末，随即滴上1%的酚酞酒精容易（含20%的蒸馏水）,经30S后，按原先标划的每10mm一个测量点用钢板尺测量两侧面各点的碳化深度。如果测量点处的碳化分界线上刚好嵌有粗骨料颗粒，则可取该颗粒两侧碳化深度的平均值。碳化深度测试精确到0.1mm。对碳化21d的混凝土试件进行碳化深度测量。测试结果见表6

表6 混凝土碳化深度测试数据表（mm）

通过表6的试验数据来分析，混合砂混凝土的抗碳化性能要比河砂混凝土的好。由于CO2扩散是在混凝土内部的气孔和毛细孔中进行的，因此，水灰比在一定程度上决定了CO2在混凝土中的扩散速度，水灰比越大，混凝土碳化速度也越快，但是以上试验是在同一配合比的情况下进行的，这说明混合砂混凝土有足够的密实度，而混合砂中所含有适量的石粉起到了改善混凝土和易性，和填充空隙的作用。因此，石粉的存在更提高了混凝土的密实性，CO2渗透及扩散较困难，从而增强了其抗碳化能力。

4.结论

1）机制砂与海砂按8：2的比例混合后，降低了有害物质的总量，改善了混合砂的颗粒级配，解决了其因各自使用对混凝土的不适用性的影响，并确保了质量；

2）所配置出的混凝土和易性，泌水性，坍落度等性能指标均能满足混凝土的可施工性。且混合砂混凝土的抗渗性、抗碳化性能均比河砂优越；

3）通过机制砂与海砂的混合使用，缓解了资源的紧张，保证了混凝土的质量且增加了效益。

参考文献：

〔1〕高琼英.建筑材料.武汉理工大学出版社.2002

〔2〕金伟良，赵羽习.混凝土结构耐久性.科学出版社.2002

〔3〕蒋正武、石连福、孙正平.用机制砂配置自密实混凝土的研究建筑材