隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，混凝土的產(chǎn)量越來越大，隨之引起混凝土原材料天然砂的需求劇增。部分地區(qū)由于天然砂稀缺，機(jī)制砂被越來越廣泛地應(yīng)用于各種混凝土工程［1］。機(jī)制砂是把山石破碎成粒徑＜5mm的適合建筑使用的砂子。相比起天然砂，機(jī)制砂的顆粒特性在于表面粗糙，棱角多，顆粒較粗。質(zhì)量不好的機(jī)制砂顆粒級配不均勻，級配差，顆粒之間的空隙率大［2］。機(jī)制砂由于棱角多，不圓潤，表面積也比天然砂大。從時(shí)間和范圍來看，機(jī)制砂的大規(guī)模使用已成趨勢。但在機(jī)制砂使用含粉量的控制及其在混凝土中的作用在不同地區(qū)的認(rèn)識差別很大。

目前市場生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)在2.4～3.2，顆粒級配穩(wěn)定，但大多表現(xiàn)出兩頭多中間少的情況，即大顆粒和細(xì)顆粒比較多，中間顆粒缺乏［3-4］。機(jī)制砂應(yīng)用于混凝土中，主要問題表現(xiàn)在新拌混凝土的單位需水量高，和易性難以控制，這主要是由于機(jī)制砂在破碎及粉磨過程中產(chǎn)生了裂隙、空隙或孔洞，相同砂率和單位用水量情況下，這些缺陷和細(xì)顆粒增大了機(jī)制砂的比表面積，吸附了更多的自由水，導(dǎo)致混凝土的坍落度降低，不利于配制泵送混凝土。

王立華等［9］的研究認(rèn)為當(dāng)配合比相同時(shí)，機(jī)制砂中石粉含量增大，混凝土的含氣量和坍落度線性減小，抗壓強(qiáng)度線性增大，與巖性無關(guān)。楊玉輝等［10］的研究表明當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量＜5%時(shí)，石粉含量變化對砂漿工作性無不利影響；但當(dāng)石粉含量＞5%時(shí)，隨機(jī)制砂中石粉含量的提高，砂漿的塑性黏度和屈服應(yīng)力增大，顯著劣化砂漿的工作性能。本文主要通過不同亞甲藍(lán)值、不同含粉量、不同細(xì)度模數(shù)的機(jī)制砂配制C20，C30和C50混凝土，研究機(jī)制砂的品質(zhì)對不同強(qiáng)度等級混凝土的拌合物性能及力學(xué)性能的影響。

一、試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)采用太原地區(qū)混凝土生產(chǎn)所用原材料

1) 膠凝材料試驗(yàn)所用水泥為吉港P·O42.5級水泥，其基本性能如表1 所示。

   Ⅱ級粉煤灰細(xì)度為19%，需水比為103%，燒失量為4.3%。礦粉S95礦粉，比表面積為420m2/kg，流動(dòng)度比為97%， 28d活性指數(shù)為101%。

2) 細(xì)骨料取不同批次、不同產(chǎn)地的機(jī)制砂3 種，機(jī)制砂A為碎屑，細(xì)度模數(shù)2.5，亞甲藍(lán)值4.2，含粉量23%；機(jī)制砂B細(xì)度模數(shù)為2.8，亞甲藍(lán)值為2.0，含粉量為18%；機(jī)制砂C細(xì)度模數(shù)3.2，亞甲藍(lán)值0.8，含粉量為12%。

3) 粗骨料粗骨料為太原臥虎山石料廠，粒徑5～25mm連續(xù)級配，壓碎指標(biāo)10.9%，針片狀含量3%，表觀密度2730kg/m3。

4) 外加劑試驗(yàn)所用外加劑為聚羧酸高性能減水劑，含固量23%，減水率35%。

1.2試驗(yàn)方法

采用不同產(chǎn)地的3種細(xì)度模數(shù)、含粉量和亞甲藍(lán)值均不同的3 種機(jī)制砂A，B，C分別配制C20，C30和C50等級的混凝土，按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50080-2002分別測試其拌合物的坍落度、擴(kuò)展度；按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50081-2002測試混凝土的7d和28d抗壓強(qiáng)度。配合比如表2所示。

二、試驗(yàn)結(jié)果及分析

由于商品混凝土攪拌站每日混凝土的產(chǎn)量很大，因此對原材料的需求量也很大，許多商混站需要采購不同廠家的砂石骨料，由于不同砂石廠家的母巖性質(zhì)和粉磨設(shè)備不同，常造成商混站采購的機(jī)制砂品質(zhì)差別很大。機(jī)制砂的亞甲藍(lán)值主要與母巖性質(zhì)有關(guān)，細(xì)度模數(shù)與含粉量主要受粉磨設(shè)備及粉磨時(shí)間的影響，通常是可調(diào)整的。細(xì)度模數(shù)的物理意義是在砂的粒徑范圍內(nèi)各級篩孔的累計(jì)篩余的平均值，目前機(jī)制砂的顆粒級配普遍表現(xiàn)為兩頭多中間少的情況，即大顆粒和細(xì)顆粒比較多，中間顆粒缺乏，因此細(xì)度模數(shù)小于2.8的機(jī)制砂含粉量較高，含粉量低的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)大多超過3.0。在本試驗(yàn)中所用的機(jī)制砂其細(xì)度模數(shù)、含粉量及亞甲藍(lán)值有良好的線性相關(guān)性。

2.1 混凝土拌合物的試驗(yàn)結(jié)果及分析

混凝土拌合物是一個(gè)多相復(fù)合體系，理想的混凝土拌合物的狀態(tài)應(yīng)該是粗骨料懸浮在由水泥砂漿組成的漿體中。在膠凝材料及粗細(xì)骨料用量不變的情況下，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)越大、含粉量越低，用于包裹其表面所需的水泥漿數(shù)量就越少，但是相應(yīng)的粗細(xì)集料所構(gòu)成骨架的孔隙率越高，需要填充的水泥漿體越多。而機(jī)制砂的亞甲藍(lán)值主要用來評價(jià)粒徑＜0.080mm的顆粒對于外加劑的吸附性。因此機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、含粉量及亞甲藍(lán)值對膠凝材料用量不同的不同等級混凝土的影響不同。

表3～5分別列出了使用A，B，C3種品質(zhì)依次降低的機(jī)制砂配制的C20，C30，C50混凝土的流動(dòng)性及強(qiáng)度數(shù)據(jù)。由表3～5可見，對于各強(qiáng)度等級的混凝土，隨著機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)的減小，含粉量的增加，混凝土外加劑摻量顯著增加，拌合物的坍落度、坍落擴(kuò)展度均降低。理論上說，在膠凝材料用量和砂率不變的情況下，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)減小，含粉量增加，則新拌混凝土的流動(dòng)性下降，黏度增大，混凝土的強(qiáng)度降低。其原因是微細(xì)顆粒越多，表面積越大，隨著含粉量的增加，包裹粉體所需的水量增加，導(dǎo)致在固定用水量的條件下混凝土的黏滯性增加，從而混凝土的流動(dòng)性降低。

但是對于C20混凝土，采用C機(jī)制砂配制的混凝土包裹性很差，漿體的黏度低，同時(shí)對外加劑的摻量非常敏感，外加劑稍過量混凝土便離析扒底。B機(jī)制砂配制的混凝土包裹性一般，漿體黏度適中，對外加劑摻量不敏感。采用A機(jī)制砂配制的C20混凝土包裹性良好，流動(dòng)性一般，漿體稍黏。因此，從拌合物的和易性來評估，C20混凝土宜采用細(xì)度模數(shù)小、含粉量高的A機(jī)制砂配制。

對于C50混凝土，由于膠凝材料用量大，采用A機(jī)制砂配制時(shí)由于含粉量高，亞甲藍(lán)值大，導(dǎo)致細(xì)粉對外加劑的吸附量相應(yīng)增大，盡管外加劑摻量高達(dá)4.32%，初始坍落度僅210mm，且1h后坍落度和擴(kuò)展度均損失很大，因此對于高強(qiáng)度等級混凝土，應(yīng)選用細(xì)度模數(shù)較大、含粉量低、亞甲藍(lán)值小的機(jī)制砂配制。

2.2混凝土力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過分析表3～5中混凝土的7d及28d強(qiáng)度數(shù)據(jù)可知，采用細(xì)度模數(shù)為2.5、含粉量為23%、亞甲藍(lán)值為4.2的A機(jī)制砂配制的C20混凝土強(qiáng)度比細(xì)度模數(shù)為3.2，含粉量為12%、亞甲藍(lán)值為0.8的C機(jī)制砂配制的C20混凝土28d強(qiáng)度高16.9%。分析其原因主要是C20混凝土膠凝材料用量較低，當(dāng)細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)較大時(shí)，粗、細(xì)骨料所構(gòu)成骨架的孔隙率較大，當(dāng)水泥漿體不能充分填充這些空隙時(shí)，容易在硬化后的混凝土中形成對強(qiáng)度不力的有害孔隙。根據(jù)吳中偉的混凝土中的孔級劃分，將孔劃分為下列孔級：孔徑＜20nm(無害級孔，20～50nm(少害級孔)，50～200nm(有害級孔)，＞200nm(多害級孔)，并提出減小孔隙率，除去多害孔，減少有害孔就能得到較高的密實(shí)度和強(qiáng)度。因此，A機(jī)制砂中較高的含粉量能減少低強(qiáng)度等級混凝土的有害孔隙，提高混凝土的密實(shí)度從而提高混凝土的強(qiáng)度。對于C50混凝土，采用C機(jī)制砂配制的混凝土7d和28d強(qiáng)度均高，B機(jī)制砂配制的混凝土次之，A機(jī)制砂配制的混凝土強(qiáng)度不能達(dá)到C50混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度。這是由于高強(qiáng)度混凝土膠凝材料用量大，漿體足以充分填充粗、細(xì)骨料堆積形成的空隙，同時(shí)由于含粉量低、亞甲藍(lán)值低，C機(jī)制砂對水和外加劑的吸附較少，混凝土拌合物的和易性優(yōu)良。而含粉量高、亞甲藍(lán)值也高的A機(jī)制砂需要吸附大量的外加劑和自由水，這些細(xì)粉顆粒不具有水化活性，水分揮發(fā)后在其周圍形成了孔隙，使混凝土孔隙率增大，同時(shí)這些孔隙與周圍孔隙連通的幾率也增加了，終影響硬化后混凝土的強(qiáng)度。

三、結(jié)語

機(jī)制砂的品質(zhì)對混凝土拌合物的性能及硬化后混凝土的力學(xué)性能有很大影響，但不同品質(zhì)的機(jī)制砂對不同強(qiáng)度等級的混凝土影響不同。細(xì)度模數(shù)小、含粉量高、亞甲藍(lán)值高的機(jī)制砂適宜配制中低強(qiáng)度的混凝土，而細(xì)度模數(shù)大、含粉量低、亞甲藍(lán)值低的機(jī)制砂適宜配制中高強(qiáng)度的混凝土。使用優(yōu)質(zhì)的機(jī)制砂配制混凝土不僅能減少外加劑的使用量，同時(shí)能降低坍落度的損失。