機制砂粒徑分佈對混凝土拌合物效能的影響研究

1簡述機制砂

1。1

機制砂含義

所謂機制砂，主要指岩石在破碎過程中經過篩分，其中粒徑在

4。75mm

以下的顆粒，因岩石種類不同及破碎篩分方面的工藝不同，所以機制砂在粒形方面和石粉含量方面都和河砂存在較大的差異，且在對混凝土拌合物效能方面的影響也和天然砂不同。相較天然砂，機制砂的外部形貌要更加粗糙，級配也比天然砂差，使機制砂在泵送混凝土時流動性較差，且由於機制砂中所含石粉比例較高，所以粘性也更大，易出現坍落度降低、坍損過大等現象。

石粉指機制砂中

75

μ

m

以內的顆粒，不僅粒徑細，且比表面積大，具備一定的吸水性，所以石粉通常有限定量，根據相關規定要求其石粉含量應低於

5%

。本文主要透過研究機制砂中不同粒徑石粉對其混凝土拌合物效能產生的影響，分析二者之間存在的關聯性，以此推動機制砂在建築行業中的應用。

1。2

機制砂特性

（

1

）形貌特徵。機制砂的顆粒形貌特徵一般是透過顆粒形狀和表面粗糙度進行體現，正因為各廠家的生產工藝不同，使得機制砂表現為多樣化形狀，同時具備稜角分明、表面粗糙和介面鮮豔等特徵。對於機制砂而言，生產裝置對其顆粒形狀影響是非常巨大的，其中棒磨式破碎機、錘式破碎機和衝擊式破碎機所生產出來的機制砂顆粒形狀要顯著優於反擊式破碎機、圓錐式破碎機及旋盤式破碎機，但在實際的施工過程中，具體選取哪種破損方式要結合實際工況和施工條件進行確定。

（

2

）級配特徵。所謂砂的顆粒級配指的是不同粒徑的砂粒互相融合搭配的結果，規定用細度模數來表示砂的粗細程度。同時顆粒級配是決定機制砂效能是否優異的關鍵要素，然而細度模數卻不能真實的反映顆粒級配的實際情況。分析我國的機制砂效能，得出我國建築企業使用的機制砂多為中粗砂，其細度模數控制在

2。8

～

3。6

範圍內；同時研究大量實際案例，得出機制砂的級配中大於

2。36mm

和小於

0。15mm

的顆粒較多。

（

3

）石粉限值。機制砂和天然砂的顯著區別在於其本身含有一定量的石粉，天然砂中存在的泥粉和機制砂中的石粉在混凝土拌合物中發揮的作用存在本質性區別，針對天然砂和機制砂，施工單位可採取適當措施對其進行區分，同時可充分發揮石粉的使用效果。生產廠家在製作機制砂的過程中，難免會摻入少許泥粉，對應就會製造出小於粒徑

75

μ

m

且不純淨的石粉，因此，將機制砂用於混凝土拌合之前，需檢測出石粉中的泥粉含量，進而控制石粉含量確保其滿足混凝土的施工要求。

2主要的原材料

原材料主要包括水泥材料、天然砂材料、機制砂材料和石子材料等，化學試劑以聚羧酸系減水劑為主。其中所選機制砂形貌比較良好，所以未對其形貌進行研究；其化學外加劑選擇聚羧酸高效減水劑，主要是由於石粉極可能會降低混凝土拌合物的工作效能，而透過聚羧酸減水劑可有效提升其工作效能。

3試驗主要內容

雖然按照目前國標規定，機制砂中所含石粉顆粒粒徑應小於

75

μ

m

，但實際應用過程中，大部分工程並不注重對石粉細度進行區分，由於受到天然砂方面的影響，機制砂中所含石粉通常被劃分為粒徑小於

150

μ

m

的顆粒。此外，儘管許多學者在其研究中將粒徑

75

μ

m

作為界定石粉範圍的標準，但在機制砂混凝土的相關研究中，以獲取效能相似的混凝土為基礎，石粉方面的最佳含量存在很大的差別，而石粉粒徑是產生此現象的關鍵因素。

從相關研究中所提供的大量機制砂級配中挑選一個適中的二區的原始級配，改變其中石粉的摻量，分別為

3%

，

5%

，

7%

，

9%

，

11%

，

13%

，

15%

，

20%

，剩下粒徑顆粒以等比例形式進行變化，以人工方式配製各種石粉含量的試驗中界定機制砂中石粉的粒徑小於

150

μ

m

的粉體顆粒，將其中的石粉劃分為

75

～

150

μ

m

，

45

～

75

μ

m

，

0

～

45

μ

m3

個區段，研究各區間段石粉和其混凝土拌合物效能之間的關聯性，探究其用水量方面的調整方法。

首先以石粉粒徑小於

45

μ

m

時對機制砂混凝土拌合物工作效能產生的影響進行研究，試驗過程中先篩除機制砂裡粒徑小於

75

μ

m

的石粉顆粒，改變其中粒徑小於

45

μ

m

的石粉摻量（表

1

）。

由表

1

可知，機制砂中石粉粒徑在

45

μ

m

以內對新拌混凝土所具有的工作性影響十分顯著。摻入粒徑小於

45

μ

m

的石粉可導致混凝土的坍落度呈現先平緩上升，再到達極值以後又迅速下降的趨勢。大量增加石粉含量會導致混凝土拌合物需水量也迅速增加，然而摻入合適劑量的石粉能夠充分發揮其微骨料效應，而且石粉顆粒還對不同粗細的骨料具有潤滑作用，進而提升機制砂混凝土的坍落度。

在該研究中，摻入粒徑在

45

μ

m

以內的石粉，其摻量可適當放寬至

15%

，其中機制砂具有的效能還會受到巖性等因素的影響，如果機制砂具有的吸水率比較高，那麼需適當減少石粉摻量。基於此，以同樣的試驗方法，分別對粒徑在

45

～

75

μ

m

和

75

～

150

μ

m

的石粉顆粒所產生的影響進行研究，結合流動度結果對試驗配比進行適當調整（表

2

、表

3

）。透過表

2

可看出，對於機制砂而言，當其中含有的石粉顆粒量低於

20%

時，徑粒在

45

～

75

μ

m

間的顆粒對其混凝土拌合物效能產生的影響並不大，而且其坍落度方面的整體波動值也不是很大。

由表

3

可知，對於機制砂而言，當摻入的石粉量達到

20%

時，不管是否摻入粒徑

75

～

150

μ

m

的石粉，其混凝土拌合物具有的坍落度都相差不多，由此可見，機制砂中粒徑在

75

～

150

μ

m

間的石粉顆粒對其砂拌合物的相關工作效能並不產生決定性的影響。

綜合以上研究結果，發現粒徑小於

45

μ

m

的石粉顆粒對機制砂混凝土拌合物的工作效能產生的影響最為顯著，所以

45

μ

m

是其關鍵粒徑。為深入探析、研究機制砂混凝土有關流動度方面的變化和其顆粒含量間的關係，將機制砂混凝土的坍落度波動控制在±

10mm

範圍以內，結合石粉顆粒的不同含量，對用水量進行適當調整，以此研究粒徑小於

45

μ

m

的石粉摻量發生變化和機制砂混凝土方面的需水量間的關係，配比試驗結果見表

4

。

伴隨石粉含量的不斷增多，細骨料具有的比表面積也隨之急劇增大，使需水量也跟著不斷上升；當石粉含量升至

30%

時，混凝土的整個骨架結構不能堆積成型，所以儘管需水量已經下降，但混凝土仍呈現離析狀態，因此在實際工作時並不適用，故而不予考慮。結合試驗結果，選擇粒徑小於

45

μ

m

的石粉，並在

20%

以內的混凝土用水量變化結果，其中以

190kg

用水量作為基準，針對用水量變化和其中石粉含量之間的關係，建立相應的經驗公式，具體見下式（

1

）：

Mw=0。11x2

–

2。15x+2。54

（

1

）

式中，

Mw

為在混凝土進行拌和時所需的額外用水量（

kg

）；

x

為粒徑小於

45

μ

m

石粉含量（

kg

）。

4試驗啟示

（

1

）在使用機制砂的過程中，需要調整好機制砂的細度模數，保證機制砂的細度模數在可控範圍內。

（

2

）機制砂在進入施工現場之前，要對其進行嚴格檢測，全面分析機制砂的細度模數和石粉含量，同時對機制砂進行試拌操作，確保混凝土的拌合物效能符合施工規範及設計標準。

5結束語

綜上所述，對於機制砂混凝土而言，透過研究不同粒徑大小的石粉對於機制砂混凝土拌合物效能所產生的影響，建立相對應的用水量及坍落度方面的經驗公式，以指導其配合比設計中有關用水量方面的調整，進而彌補目前市場中砂石骨料供小於求的現象。