人工机制砂配制高强混凝土

摘要 本文结合贵州混凝土原材料实际情况，对采用当地机制砂配制高强混凝土的应用与推广

关键词 高强混凝土混凝土配制机制砂

中图分类号：TV331文献标识码： A

1 前言

贵州省地区河砂缺乏，河砂需要从湖南等地购买，每吨单价500左右。贵州省在最早颁布《山砂混凝土技术规程》，之后云南、河南也出台了人工机制砂技术标准和使用规程，如《云南省人工机砂技术标准及应用规程》。随着混凝土结构工程的发展，混凝土对施工性能和强度的要求越来越高，对耐久性越来越重视，已有的机制砂发展水平已慢慢跟不上混凝土高性能化的的进程。

现时所生产的机制砂质量缺乏稳定性，未经处理的机制砂大部分石粉含量在10%-18%左右。用水洗去除石粉法不仅浪费材料，污染环境，且经水洗后机制砂部分0.15mm、0.3mm乃至0.6mm的颗粒也被带出，严重破坏了机制砂的原有级配，导致混凝土的粘聚性变差，难以配制高强混凝土的要求。

机制砂高强混凝土：用水泥、机制砂、碎石、矿物掺和料、外加剂和水等配制而成的强度等级大于C50（含C50）的混凝土。

机制砂泥块含量和石粉含量的限制

混凝土强度等级 C60 C55、C50 C55、C50

胶凝材料用量≤470Kg/m3时

泥块含量（按质量计，%） ≤0.5 ≤1.0 ≤1.0

石粉含量

（按质量计，%） MB＜1.4 ≤5.0 ≤7.0 ≤10.0

MB≥1.4 ≤2.0 ≤3.0 /

2 机制砂配制混凝土优点、缺点

2.1优点：砂的物理力学性能好。可以有意识地选择硬质岩石生产机制砂，避免采用软质、风化岩石，同时，含泥（块）量可人工筛分控制。化学成分与母材、碎石一致，对混凝土无负面作用，适合做高强混凝土。

机制砂的颗粒级配、细度模数可以根据工程的需要调整，结合母材的特点和混凝土的要求，调整机制砂的细度模数和颗粒级配。调整措施主要通过破碎设备、工艺流程的选择来完成。

2.2缺点：天然砂颗粒浑圆，表面光滑。天然中砂细度模数多为2.6～3.0，级配较好，对混凝土的工作性十分有利。机制砂颗粒尖锐，多棱角，表面粗糙，细度模数多为3.0以上，与天然河砂相比，机制砂的颗粒级配稍差，大于2.5 mm和小于0.08 mm的颗粒偏多，导致混凝土的和易性较差，容易引起混凝土的外观质量缺陷。机制砂母材的变化会引起机制砂质量的波动，给施工质量的控制带来一定的难度。但是，机制砂的缺点可以通过选择合适的碎砂设备、合理利用砂中含石粉量、调整砂率，以及选用合适的外加剂等措施来克服。机制砂含有一定量的石粉。石粉和泥的粒径虽然都小于0.075 mm，但是他们的成分不同，细度相差也较大。泥颗粒大多小于0.016 mm，而石粉颗粒大都在0.016～ 0.075 mm之间。泥吸附在砂的表面，妨碍砂与水泥的黏结；而适量的石粉可填充在水泥、细砂的空隙之间，增强机制砂混凝土的工作性。

3 存在的问题

3.1配合比设计

机制砂高强混凝土的设计理念，对一些配制高强机制砂混凝土的敏感因素（如砂率、石粉含量、是否掺矿物掺和料及掺量多少等）以及相互之间的关联缺少实质性的研究。

3.2机制砂应用水平很低

玉三高速公路机制砂混凝土配合比及性能

强度等级 配合比（kg/m3） 塌落度(mm) 抗压强度（Mpa）

水泥 砂 碎石 外加剂 7d 28d

C25 340 756 1174 2.77 80 28.4 32.6

C25 346 750 1174 3.308 100 29.7 33.9

C30 404 850 998 3.23 130 31.1 37.0

C30 404 850 998 3.62 130 37.8 42.9

C40 460 824 968 3.68 130 42.1 51.6

C40 450 837 983 3.60 140 43.4 53.9

在很多山区或岩溶地区，由于投资、施工双方对机制砂缺乏足够的认识和了解，造成机制砂混凝土在配合比设计及应用方面水平较低。

表1-1中对不同机制砂石粉含量限制做了不同规定，作为评价机制砂粘土含量的标准，MB的重要性到底如何，或者泥粉含量对混凝土性能的影响如何以及具体对哪些性能的影响较大均是值得关注的问题。

4 原材料基本性能

4.1水泥选择贵定海螺盘江水泥有限公司P.O52.5；

4.2机制砂采用贵瓮高速公路雷打岩隧道破碎机制砂、细度模数控制在2.6-3.2范围内；用于制作机制砂的岩石强度宜与制作粗集料的岩石强度一致，机制砂的压碎值指标小于30%；

4.3碎石采用贵瓮高速公路雷打岩隧道5-20连续继配、粗集料的压碎值指标控制小于等于12%、含泥量小于等于1%、泥块含量小于等于0.5%；

4.4外加剂采用减水率不小于25%的高效减水剂、机制砂高强混凝土采用的高效减水剂应具有保证混凝土1h坍落度经时损失并不大于30mm的能力；

4.5采用Ⅱ级灰时仅应允许细度、需水量比和烧失量三项指标中有一项为Ⅱ级、其他两项指标满足Ⅰ级；

4.6机制砂高强混凝土拌合用水PH值不大于6.0；

5 C50机制砂配合比设计及其性能影响因素

5.1设计思路及要求

设计强度等级为C50，配置强度为59.9;初步确定胶凝材料用量480-500kg/m3,坍落度在180-220（mm）、要求混凝土梁具有良好的工作性，水化热降低；在满足各项性能指标的同时，应该尽量降低混凝土成本。①合理选择砂率，②低水胶比。

5.2水胶比与水泥用量确定

水胶比 每方混凝土各材料用量（Kg/m3） 坍落度（mm） 28d抗压强度(MPa) 工作性

水泥 机制砂 碎石 外加剂

0.30 532 778 991 7.18 210 67.5 较粘

0.32 497 812 992 6.32 220 62.4 良好

0.34 466 844 991 6.06 225 52.7 一般

以上数据说明机制砂工作性以及现场拌和情况来看，随水胶比增大（即胶凝材料用量减小），混凝土坍落度变化不大，符合“需水量定则”坍落度呈上升趋势，粘剧性有所下降。其中水胶比0.32，配制的机制砂混凝土工作性均较为理想。

5.3砂率的选择选择合理的砂率除使混凝土获得最佳的和易性之外，并且能使混凝土结构密室化，强度和各方面的性能达到最优。

砂率（%） 水胶比 坍落度（mm） 扩展度 (mm) 抗压强度（MPa） 工作性

7d 28d

36 0.32 210 550 49.4 62.8 离析泌水严重

39 0.32 215 530 52.1 64.5 离析、泌水

42 0.32 210 510 60.5 70.4 和易性良好

45 0.32 210 485 61.5 71.4 较粘

由于机制砂表面粗糙，棱角多，且石粉含量普遍较高，从而导致机制砂混凝土和易性较易出现极端情况。砂率稍小，就容易出现离析泌水现象，砂率偏大时则表现为粘性过大，流动性显著降低，因此，砂率的选取对于机制砂混凝土的重要性相比河砂混凝土显得尤为重要。试验选取砂率范围36%-45%进行了试配。

5.4粉煤灰掺量的影响及确定

由于粉煤灰表面致密，早期反应速度慢，随着玻璃体积致密表面的销蚀，粉煤灰才逐渐反应，用其配制的混凝土早起强度增长缓慢，后期强度增长较快。因此，在进行混凝土设计时，就涉及到粉煤灰最佳掺量问题，以致能使所配制的混凝土达到工作性优良、早期强度及后期强度发展较好并满足设计要求的效果。

粉煤灰掺量对混凝土和易性及强度影响

每方混凝土各材料用量（Kg/m3） 坍落度（mm） 28d抗压强度(MPa) 工作性

水泥 粉煤灰 机制砂 碎石 外加剂

485 0 772 1047 5.82 490 64.4 良好

436 49 772 1047 5.82 500 63.6 良好

413 72 772 1047 5.82 500 57.8 一般

5.5不同石粉下砂率对C50混凝土性能影响

石粉含量（%） 胶凝材料 粉煤灰（%） 砂率 坍落度（mm） 7d 28d 工作性

5 500 10 30 230 50.5 56.8 离析

5 500 10 33 210 52.4 58.7 一般

5 500 10 39 200 57.6 62.8 一般

5 500 10 42 200 60.4 67.8 良好

5 500 10 45 190 57.8 62.4 较粘

10 500 10 30 195 55.3 62.8 一般

10 500 10 33 190 60.4 68.2 良好

6 结论

6.1 针对当前河砂资源紧张、而机制砂石粉含量普遍较国际要求高且机制砂混凝土应用水平相对较低的现状，从分研究了石粉和泥粉对高强机制砂混凝土性能的影响，从而为石粉含量的限值及高强混凝土性能（尤其是体积稳定性和耐久性）的影响，从而为石粉含量的限值及高强混凝土的推广提出更好的建议。

6.1.1配制C50高强混凝土的技术特点：所选用机制砂的细度模数最好能在2.6-3.5的范围内，高度重视砂率对机制砂混凝土工作性的作用，并考虑石粉对砂率的影响；采用假定容重法进行配合比设计时，假定容重控制在2450±50Kg,综合工作性、强度及掺和料等因素；MB值前提＜1.4的前提下，混凝土胶凝材料用量加上集料中石粉含量，总胶凝材料用量不超过550kg/m3、混凝土强度均能满足设计强度。

6.1.2无论掺与不掺粉煤灰，随石粉含量的增大，机制砂高强混凝土的坍落度基本不受影响，而扩展度呈若弱下趋势，且石粉改善了机制砂混凝土拌合物的粘聚性和保水性，仅在石粉含量达到14%时，混凝土拌合物变得很粘，此时坍落度和扩展度才明显小。

6.1.3从混凝土力学角度考虑、粉煤灰掺量为10%左右最优。

6.1.4综合以上评述可知，石粉并不影响C50机制砂混凝土，在MB值小于1.4时可放宽至10%，且在范围内配制机制的混凝土不仅和易性好易于泵送，只需早期保湿养护。

参考文献

⑴贵州省高速公路机制砂高强混凝土技术规程，贵州：建设厅出版。

⑵建设用砂，北京：中国国家标准化管理委员会。

⑶贵州山砂高强混凝土的力学特性，贵州：工学学报。

⑷粉煤灰特性与粉煤灰混凝土，北京：科学出版社。

作者简介：杨明勇（1985出生，籍贯：四川省眉山市），男，工程师。毕业于东北林业大学土木工程专业，参加工作时间2007年7月。

朱增耀（1968出生，籍贯：陕西省富平县），男，高级工程师。毕业于石家庄铁道学院桥梁工程专业,参加工作时间1990年7月。