机制砂性能对混凝土的影响

机制砂是由机械破碎、筛分而成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩和风化岩石颗粒。有些碎石生产厂家，将生产石子的下脚料进行简单的筛分，就按照机制砂出售。这种所谓的机制砂级配很不合理，一般“两头大，中间小”，细度模数一般为3.0~3.5，属于中粗砂，粗颗粒太多，大于2.36mm颗粒超标严重，一般超标15%以上；<0.15的颗粒超标10%左右；中间颗粒（0.30mm~1.18mm）偏少20%左右，机制砂的级配勉强复合I区或II区砂的技术要求。配制的混凝土保水性差，易离析泌水。在使用制石厂的下脚料生产的机制砂配制混凝土时，应采用与河砂复配的办法调整细骨料的级配，或者适当提高砂率并适当降低矿物掺合料用量。（一）机制砂对混凝土性能的影响（1）机制砂对混凝土工作性能的影响相比于天然砂，机制砂表面棱角多、表面粗糙，且有一定的石粉含量，通常机制砂混凝土的坍落度较小，可通过石粉含量的增加一定程度上改善混凝土的泌水性能和粘聚性能。石粉的这些功能在一些低等级混凝土的配制过程中尤为明显，但在高强高性能混凝土中，因为胶凝材料本身的用量较大，过大的石粉含量或者机制砂的级配差都会导致混凝土的工作性能变差。（2）机制砂对混凝土力学性能的影响机制砂混凝土的强度要高于河砂混凝土的强度。机制砂中的石粉在水泥水化中可起到晶核作用，其诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化并参加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并且阻止了钙矾石向单硫型水化硫铝酸钙转化。机制砂中石粉的存在可以较明显改善混凝土的孔隙特征，进而改善水泥浆——骨料界面结构，并且混凝土晶相有不同程度的改变。（3）机制砂对混凝土耐久性能的影响由于机制砂本身的物理性质，表面粗糙，能够与浆体很好的粘结，增强了水泥石的密实性；机制砂中含有的较多的石粉可提高了混凝土整体的密实性，可增加水泥石与骨料界面的粘结；机制砂中的石粉能加快C3S的水化，并可与C3A、C4AF反应生成结晶水化物，提高了水泥石的孔隙结构，提高抗渗性能。（二）机制砂应用存在的问题（1）配合比设计现在配制机制砂混凝土时，只是简单地参照普通混凝土的配制方法，缺乏机制砂混凝土配合比设计理念，对配制机制砂混凝土中的一些敏感因素（如外加剂种类及掺量、矿物掺合料以及砂率、石粉含量等）及相互之间的关联缺乏实质性的研究。（2）工作性能机制砂与天然砂相比，机制砂有级配差、细度模数较大，表面粗糙、颗粒尖锐有棱角等特点，在加上机制砂的吸水性大于天然河砂，一般而言天然河砂饱和面干时含水量1%左右，而机制砂饱和面干时含水量接近2%，这都造成混凝土用水量偏高，坍落度损失大。骨料和水泥之间的粘结增加，使混凝土拌合物的阻力增大，机制砂混凝土工作性能差，流动性不良。在配制机制砂混凝土时，应适当提高砂率，增加用水量，以改善混凝土的工作性。（三）机制砂中石粉对混凝土性能的影响在机制砂生产过程中不可避免地产生粒径小于75µm颗粒，这些粉颗粒既可能是石粉也可能是泥粉。石粉和泥粉是两种截然不同的物质，一方面石粉和泥粉粒径都比较小，在混凝土浆体中可以起到填充作用；另一份面二者的结构完全不同，石粉结构密实，对水仅存在表面物理吸附，而泥粉是类似于海绵的层状松散结构，吸水率较高，吸附水后通常会发生膨胀，进而影响混凝土强度和耐久性；再次泥粉的主要成分时蒙脱石、伊利土和高岭土等对外加剂有强烈的吸附作用，石粉通常是机制砂生产过程中形成的细小颗粒，与母岩化学性质一致，对外加剂吸附较低。泥粉与石粉虽然在粒径是比较相近，但二者存在本质的区别，对混凝土产生的影响也大相径庭，随着机制砂中泥粉含量的增加，泥粉吸附水和外加剂的能力相应增加，混凝土用水量提高且坍落度损失加快。当泥粉含量较大时，也会对混凝土的强度、抗冻性、抗渗性等耐久性能产生不利的影响。（1）机制砂中石粉对混凝土工作性的影响在一定程度上可以将粒径小于75µm的石粉看作是一种惰性矿物掺合料，机制砂中的石粉可以调整胶凝材料的级配，尤其是在水泥细度较细的情况下造成胶凝材料中缺少45µm~75µm的颗粒，机制砂石粉可以有效补充这一部分颗粒，改善胶凝材料体积的空隙率。在商品混凝土生产过程中应根据混凝土强度等级的变化选择合适石粉含量的机制砂，石粉含量太少起不到增加浆体体积改善工作性，降低混凝土泌水、离析的目的。石粉含量也不宜过高，过高造成需水量增加，混凝土工作性下降。因此要把握一个度的问题，不能太高也不能太低，控制一个合适的范围：对于强度等级低于C30的混凝土，胶凝材料较少，机制砂中含有10%~15%的石粉可以补充胶凝材料，增加浆体量，改善混凝土的和易性；但对于强度等级高于C60的混凝土而言，混凝土本身的胶凝材料较多，混凝土黏度较大，应适当控制石粉含量降低混凝土黏度，石粉含量宜控制在7%~10%；强度等级大于C80的超高强混凝土的石粉含量应低于3%~5%。（2）机制砂中石粉对混凝土力学性能的影响机制砂的石粉含量对混凝土抗压强度产生一定的影响，对于某一强度等级混凝土来说，随着机制砂石粉含量的增加，混凝土抗压强度先增加后降低。这是由于机制砂的石粉含量在混凝土中主要起到两个方面的作用：一方面，少量的机制砂可以有效填充水泥石与骨料之间的空隙，提高混凝土密实度，随着机制砂含量的增加表现出混凝土强度随着增加；另一方面，随着机制砂石粉含量的增加，当石粉含量超过，该强度等级最佳含量时，会对混凝土的颗粒级配产生不利的影响，再加上石粉的比表面积过大，造成混凝土的需水量变大，和易性变差。（3）机制砂中石粉含量对混凝土抗渗性能的影响机制砂中的石粉可以有效改善混凝土材料的颗粒级配，降低混凝土材料的空隙率，阻止水泥水化过程中产生的毛细孔，石粉含量越大，阻断透水通道的能力越强，越有利于改善混凝土的抗渗性能；另一方面，石粉比表面积较大可以有效改善中低强度混凝土的黏聚性和保水性，提高抗离析能力，降低水泥石的微观缺陷。（4）机制砂石粉含量对抗裂性的影响机制砂石粉含量的增