机制砂与天然砂混合级配对混凝土影响的初步探讨
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【摘要】初步探讨了天然砂，机制砂，混合砂（天然砂：机制砂=7：3）对C30混凝土流动性及试块强度的影响，当采用混合砂进行混凝土适配实验时，混凝土坍落160mm，3d强度12.6MPa，28d强度38.4MPa。
【关键词】机制砂；天然砂；混合砂
1. 前言
随着建筑工业化的不断发展，天然建筑资源正在迅速减少，天然砂的数量和质量都远远满足不了今后国家基础设施建设及其他建设的需要[1]。由于人工机制砂具有新鲜的颗粒表面，含水量波动较小，拌制混凝土时用水量易于控制，坍落度指标更加精确，资源丰富，加工受季节影响小，颗粒粒型合理，级配可调等优点，部分或完全使用机制砂进行混凝生产，已经成为混凝土工业化可持续发展的研究重点[2，3]。因此，寻找到机制砂与天然砂的最佳级配曲线，减少建筑发展对天然资料的依赖，对实现建筑工业化的绿色可持续发展具有重要的实践和理论意义。
2. 试验
2.1 试验原材料
考虑到现实生产中的原材料选择、运输等问题，本试验采用的天然砂、机制砂均来自乌鲁木齐周边砂场。
（1）水泥（C）产地：新疆青松水泥有限责任公司，各项技术指标符合GB175-1999《硅酸盐、普通硅酸盐水泥》规定。
密度/g/cm3 比表面积/m2/kg 凝结时间/min 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 标准稠度用水量/%
3.06 382 初凝时间 终凝时间 合格 3d 28d 3d 28d 27.4
123 169 6.1 8.7 30.5 52.3
（2）外加剂 产地：四川吉龙化学建材有限公司，各项技术指标符合GB8076-2008《混凝土外加剂》规定。
细度/% PH值 含水率/% 减水率/%
1.1 7.69 0.84 18
（3）天然砂（S） 产地：乌鲁木齐市地产， 各项技术指标符合JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定。
堆积密度
/ kg/m3 表观密度
/ kg/m3 含泥量
/% 泥块含量
/% 细度模数
1480 2670 2.5 1.0 2.5
筛孔尺寸 筛底 0.15mm 0.3mm 0.6mm 1.18mm 2.36mm 4.75mm
累计筛余 100 95 72 41 20 8 3
分级筛余 5 22.5 31.5 21 12 5.5 2.5
（4）机制砂 产地：乌鲁木齐市周边
压碎指标 MB值 石粉含量 表观密度 堆积密度 细度模数
9.1 0.5 3.0 2630 1280 3.5
筛分结果
筛孔尺寸 筛底 0.15mm 0.3mm 0.6mm 1.18mm 2.36mm 4.75mm
累计筛余 100 97 91 80 64 34 10
分级筛余 3.2 6.2 11.4 15.5 30.4 24.0 10.5
2.2 试验方法
通过机制砂与天然砂混合得到级配良好的符合国家标准的混合砂，利用混合砂进行混凝土试验，主要以C30泵送混凝土为主。研究了混凝土的和易性以及试块强度。
3. 结果与讨论
分别用机制砂、天然砂、混合砂（天然砂：机制砂=7：3）进行配合比试验，以泵送C30混凝土为例。配合比如下：
C30混凝土配合比
强度等级 水灰比 砂率 配合比（Kg）
水 水泥 砂 石 粉煤灰 矿粉 外加剂/%
C30 0.51 0.42 190 255 746 1027 56 60 1.1
不同细骨料对混凝土性能的影响
坍落度 3d强度 7d强度 28d强度
天然砂 180 12.0 20.8 35.2
混合砂 160 12.6 22.6 38.4
机制砂 130 13.2 23.1 43.7
由上表可以得到规律：
（一）在同样的条件下进行混凝土拌制，测得天然砂坍落度为180mm，机制砂为130mm，混合砂介于两者之间。
分析原因：1、机制砂颗粒级配相对集中，级配不理想，用其拌制的混凝土流动性不够好。2、机制砂棱角分明、表面粗糙，而天然砂表面圆滑，因此流动性不及天然砂。3、机制砂与天然砂混合，有效的改善了细骨料的颗粒级配，补充了0.315mm以下的颗粒，较大的改善了混凝土的流动性。
（二）在同一配合比，同样养护条件下配置的三类混凝土，养护28天均达到强度要求。天然砂混凝土强度较低，从7d到28dq强度增长较慢；机制砂混凝土强度较高。7d到28d强度增长较快。混合砂混凝土强度及强度增长速度介于天然砂与机制砂之间。
分析原因：众所周知，影响混凝土强度的因素有水胶比、水泥强度、骨料品质、施工条件、养护条件、龄期、外加剂等。对于以上三种混凝土出来骨料种类的差别外，其他条件均无差别。因此强度差别的原因来自骨料。1、机制砂表面粗糙且多棱角，与水泥之间的粘结性能好，界面作用力大。水灰比相同的情况下，由机制砂配制的混凝土强度略高。2、机制砂中含有一部分石粉，与天然砂中所含泥粉不同。石粉可以填充空隙，提高混凝土致密性，对外加剂吸附作用小，可以在一定程度上提高混凝土工作性能及强度。而泥粉则不同，泥粉对外加剂具有较强的吸附作用，尤其对聚羧酸更为明显，降低了外加剂的减水效果。其次泥粉掺入混凝土后，与水泥、骨料之间的表面作用力差，对混凝土强度有很大影响。
4. 结论
1.天然砂作为细骨料能有效增加混凝土流动性，但混凝土强度上升缓慢，终期强度28d35.2MPa，当使用机制砂作为细骨料时，混凝土强度得到明显改善，28d可达到43.7MPa，但混凝土流动性明显下降，由前面的180mm下降到130mm，严重影响了混凝土的工作性能。
2.当使用混合砂（天然砂：机制砂=7：3）作为细骨料时，混凝土流动性及试块强度介于两种单一细骨料之间，即能有效解决混凝土工作性能的问题，又能提高混凝土强度；
参考文献：
1. 李勇， 龙宇浅. 谈机制砂的生产及其在混凝土中的应用[J]. 福建建筑 ，2009， 138（12）： 56-58.
2. 江小红， 宋康， 张书博. 机制砂的发展及应用与存在问题探讨[J]. 甘肃科技， 2011， 27（1）： 82-83.
3. 左文銮， 魏勇， 陈雷， 等. 机制砂MB值对混凝土性能的影响[J]. 商品混凝土， 2013， 11： 57-61.