专业解读：机制砂基本特征分析

1、专业解读：机制砂基本特征分析与天然砂相比，机制砂具有显著的自身特点。它的颗粒 形状多呈三角形或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐，一般圆满 度比天然砂小。目前，机制砂多为可以调整级配并 含有一 定量石粉的中粗砂，细度模数大多在 2.8-3.5 左右，由于全 国各地生产机制砂的母岩岩性、生产工艺和设备不同，生产 出的机制砂质量相差很大。机制砂的质量主要受粒形、细度 模数、级配、石粉含量等影响。在现行标准中主要对后面三 个因素进行规定，从而确保机制砂的质量稳定。 1 机制砂的 粒形英国标准 BS882:1992 用于混凝土的石料中对石料 形状分为六个类别：圆型、不规则型、角锥型、扁平型、长 条型及扁长型。

2、机制砂的粒形主要为角锥 型和不规则型， 并随着母岩种类、机制砂设备不同而变化。颗粒的形状对紧 密堆积存在重要影响，实际应用中更加期望获得圆型的颗粒， 它不仅有利于紧密堆积，更 有利于混凝土工作性。一般来 说，制砂设备导致的颗粒形状中：棒磨式、锤式和冲击式等 优于反击式、圆锥式和旋盘式，腭式、辊式和旋回式最差， 但前者制造成本 较高。北京某石场采用反击式和立轴冲击 式生产的机制砂，颗粒形状方正率高，细度模数可控制为 2.43.0 ，石粉含量为 218% ，采用干法生产并解决了 除尘 问题。不过现在使用立轴破碎机生产机制砂的越来越多。机制砂的粒形对混凝土的影响主要体现在下面几个方面：（ 1）粒形的

3、规则与否影响到集料自身的紧密堆积程度和空隙率 大小，从而影响填充集料空隙的水泥浆体的体积；（ 2 ）不规则的粒形具有更大的比表面积，它需要的包裹浆体体积同 样增加；（3）机制砂形状影响新拌混凝土工作性能及它与水 泥浆体界面的机械啮合力等。 2 机制砂的细度模数对于定制 生产的机制砂，其细度模数是可以控制的。在生产工艺中， 通过调节不同筛分的比例达到预定的细度模数。对于加工碎 石时筛除的小于 4.75mm 的石屑， 由于其颗粒级配并没有严 格按照相关标准来配制，所以细度模数相差很大，使用时要 认真选择控制。对于细度模数不合适的机制砂，可以与天然 中砂或者细砂等 通过实验确定比例后混合使用。前面所

4、提 及的水利、水电工程中，机制砂的细度模数大多控制在 3.0 以下。如龙滩水电站中机制砂的细度模数为2.9 ；乌江构皮滩电站机制砂的细度模数为 2.8 ；天堂抽水蓄能电站机制砂 的细度模数为 2.5 。在商品混凝土中使用的机制砂一般为中 粗砂。北京市建筑市场目前存在两种机制砂：一是完全替代 天然砂的 机制砂，这种机制砂细度模数较小，一般在 3.0 以下。如北京世纪财富中心使用的机制砂的细度模数为 3.0 ； 恒坤混凝土公司生产各种商品混凝土采用的机制砂 细度模 数 2.4-3.0 。二是与天然砂混合使用的机制砂， 它的细度模数 偏高，一般在 3.0 以上，个别达到 4.4 以上。过大的细度模数

5、表明集料中的粗颗粒比 例偏大，而 0.315mm 以下的比例 较小。这种机制砂自身很难达到最紧密堆积状态，从而增加 了混凝土中胶凝材料总量，并影响到混凝土的各种性能。对 于过粗 的机制砂，一般是采用天然粉砂来补充小于 0.315mm 部分，从而控制混合砂的细度模数在中砂范围之内。 如果想实现机制砂完全替代天然砂的目的，就必须通 过选 择机制砂设备和控制生产工艺来生产细度模数小于3.0 、级配优良的优质机制砂。 3 机制砂的级配对于颗粒材料及粉体 材料，不论是从 fuller 曲线还是 Andreassen 模型角度考虑， 都存在着最佳的分布曲线。对于相同粒形的集料来说，总存 在着优良的级配。优

6、良的级配意味着集料自身能够通过大小 颗粒的最佳比例来接近最紧密堆积状态，此时空隙率较小。机制砂的级配范围从几个 um 到 4.75mm ，其中 石粉的平均 粒径一般为 30-40um 并起到微填充作用。当机制砂颗粒从 4.75mm、2.36 mm、1.18 mm 0.08 m m 彼此相互填充时， 最后的微空隙需要一定量的石粉来填充。 D.R. Dinger 对粉 体材料利用 Andreassen 模型进行计算机模拟，结果表明粉 体材料可达到 100% 的最紧密堆积状态。因此，从级配及堆 积角度来考虑， 适量的石粉含量是有益的。由于当前国家 标准中限制的石粉含量太低，很多机制砂生产企业采用水洗

7、 或者风选方式来除去超标的石粉，与此同时破坏了机制砂的 级 配。当石粉含量小于 3%，细度模数较大，此时机制砂的 级配一般都比较差，表现为空隙率比较大。我们在调研过程 中发现：有的机制砂石粉含量 2.5% 、细度模 数 4.3 ，其松 散堆积空隙率为 52.6% ；石粉含量 14.8% 、细度模数 2.7 的 机制砂的松散堆积空隙率为 34.3% 。前者很难在混凝土完全 替代天然砂， 而后者完全替代天然砂生产的 C30 等级商品混 凝土具有比一般天然砂混凝土更好工作性能和力学性能。机 制砂的级配直接影响到混凝土中胶凝材料用量。级配优良的 集料自身紧密堆积后，仅仅需要少量的胶凝材料填充集料的 空

8、隙并粘结颗粒。当集料级配较差时，此时 具有较大的空 隙率，则需要更多的胶凝材料来填充空隙而增加成本。 当然， 随着紧密堆积程度加大，骨料颗粒之间摩擦力也随着增长， 对混凝土工作性产生影响。因 此存在着最佳的颗粒级配， 同时满足胶凝材料用量与工作性能的协调。当机制砂中的石 粉含量少而且级配较差，此时混凝土拌合物更加容易产生离 析、泌水现象，这 种现象在低强度贫浆混凝土中表现更为 明显。当石粉的级配较好时， 随着混凝土中石粉掺量的增加， 混凝土黏度逐渐变大。对于产生泌水现象的混凝土，可以通 过加 入石粉的方法来改善混凝土工作性能。 4 机制砂的石粉 含量 1）石粉的定义根据 GB/T14684 的

9、规定， 石粉是指机制 砂中粒径小于 75um 的颗粒含量。含泥量是指天然砂中粒径 小于 75um 的颗粒含量。在机制砂生产过程中不可避免的会 带入泥。国家标准 GB/T 14684-2011 规定通过亚甲蓝实验来 判断粉体材料是石粉还是泥以及它们的相对比例。国标规定 亚甲蓝实验的 MB 值应小于 1.4 ，很多机制砂生产厂家控制 MB 值在 0.5 以下，以减小机制砂含泥带给混凝土的负面影 响。陈家珑的一项研究表明， 石灰岩质机制砂中的石粉 70% 颗粒分布集中在 16um 以上，平均粒径为 36.9um 。天然砂 中的泥粉 70% 颗粒分布集中在 16um 以下，平均粒径为 8.4um 。石

10、粉的粒度分布不仅填充混凝土骨料之间的空隙， 还在一定程度上提高了混凝土保水性和黏聚性，改善了混凝 土工作性。也有学者认 为石粉过 75um 筛后，其比表面积 与水泥接近，远小于粘土的比表面积。 2 ）石粉的最佳含量 不同国家的标准对石粉含量有不同的要求。石粉的最佳含量 受到多种因素的制约，这些因素包括母岩种类、粒形、粒度 分布、比表面积、机制砂的级配和细度模数以及混凝土强度 等级、种类、矿物掺合料以及使用环境等。合理的石粉掺量 对于混凝土的各种性能是有益的。事实上，由于不同石粉自 身的差异性太大，不同的研究人员在不同的实验中得到的最 佳石粉含量也不相同。周中贵 等对黄丹电站工程中所用的 高石粉

11、机制砂进行研究， 确定了最佳石粉含量为 15%18% 。 黄绪通的研究认为，不同岩性的石粉最佳含量虽有差异，但 宜控制在 17% 2%。陈兆文等通过对石粉含量为 12% 、16% 、 21% 的混凝土性能进行了对比试验， 得出了石粉含量为 16% 的混凝土综合性能最优的结论。东南大学的洪锦祥则试验表明强调，石粉在 24% 含量以内，含量越高，混凝土强度越高， 耐久性能越好。洪锦祥还认为，对机制砂中石粉的最佳含量 及上下限影响最大的可能是机制砂的级配、细度模数、0.16mm 以上和 0.16mm 以下颗粒组成， 特别是 0.16mm 以 下颗粒的组成对石粉含量可能有较大影响；其次是机制砂的 形态，比如形态为圆