浅析机制砂在混凝土中的应用

引言机制砂中石粉的主要成分是CaCO3，而石粉的填充效应不仅可以提升混凝土的密实性，还可以增加混凝土拌合物的黏聚性，减少混凝土拌合物离析的概率以及胶材少、料散等问题。机制砂在洗除粉尘后，其颗粒级配更容易满足级配要求。由于开采等多方面的原因，机制砂又分为水洗机砂(开采过程中用水清洗其石粉和泥粉后的产物)、碎石制砂(由石子二次破碎形成)与机制山砂(为节省开采成本或条件限制，未对泥粉另外进行过处理的机砂)。以下就水洗制砂、碎石制砂、机制山砂在使用过程中遇到的问题及解决方法进行探讨。1水洗制砂水洗制砂是在生产后用水二次清洗除泥粉的产品，其特点如下:1.1含水变化大由于砂自身饱和水分，在使用过程中容易出现因含水波动造成的质量不稳定。因此，检测混凝土拌和时应密切关注其出机状态，控制外加剂用量及用水量，避免拌合物离析。1.2棱角明显表面粗糙而流动性不足，由此给泵送和施工增加了一定的困难。因此，在水洗机砂配制混凝土过程中，宜适当增加掺合料或砂率，以补偿黏性不足而出现的塑性差的问题。2碎石制砂碎石制砂是由于受资源限制，为减少对环境的污染，在毛石除泥粉后，由碎石二次破碎形成。2.1碎石制砂的特点2.1.1颗粒粗糙碎石制砂的颗粒粗糙、棱角多、含石粉，配制混凝土时会间接影响混凝土拌合物的可塑性，增加裂缝的风险，而且石粉会吸附少量的水分和外加剂。因此，在使用过程中需密切关注拌合物可塑性的变化，同时还应预防混凝土构件裂缝问题。2.1.2改善方法(1)调整机砂颗粒规格，以平衡制砂过程中石粉在砂中的占比。(2)在外加剂中适量添加引气成分和助流成分，以调整混凝土拌合物的流动性。(3)适当增加用水量及外加剂用量，以补充被石粉吸收的部分，同时应注意缓凝剂成分及比例。(4)调整砂率，以改善其本身粗糙、流动阻力大的问题。2.2石粉含量的影响2.2.1对混凝土工作性的影响在碎石制砂过程中产生的少量石粉，可以增加混凝土拌合物的黏聚性，减少混凝土发生离析的概率以及胶材少、料散等问题，还有利于施工找平与二次抹面。同时，石粉的填充效应还可以增加混凝土的密实性。2.2.2对混凝土强度的影响笔者采用碎石制砂(含石粉10%)与河砂(含泥量1.8%)，在相同水胶比条件下各做了10组对比试验，28d标准养护试件的试压结果显示，采用碎石制砂的混凝土强度平均值为44.2MPa，采用河砂的混凝土强度平均值为42.7MPa，采用碎石制砂的混凝土强度高于采用河砂约3.5%。2.3对吸水性的影响2.3.1原因分析及影响由于碎石制砂生产过程中会产生少量石粉，用其配制混凝土的单位体积用水量高于采用水洗制砂或河砂，在混凝土搅拌过程中由于拌和时间短，其颗粒不能完全饱和水分，在混凝土运输过程中石粉会吸收部分水与外加剂，因此容易出现混凝土到达施工现场时偏干的现象，导致其工作性能降低。2.3.2改善方案(1)检测对比其吸水与外加剂吸附性，适量增加生产用水量和外加剂掺量。(2)调整机制砂的生产规格，增大细度模数，以平衡其石粉比例，减少石粉对外加剂的吸附量。2.4对混凝土收缩性能的影响2.4.1易开裂的问题由于石粉偏细，致使混凝土整体收缩应力增加。因此，在混凝土浇筑过程中，应督导施工单位按规范进行施工，以减少收缩裂缝产生的概率。2.4.2常见的表面失水性裂缝(1)混凝土的保塑性能要求高，通常通过调整混凝土坍落度与凝结时间来保持混凝土的这一工作性能。而且石粉本身吸水就容易出现表面假凝(表面失水起皮)，当混凝土真正凝固时，假凝部分被收缩拉口而出现开裂。(2)施工单位为了省工省力，通常采用一次成型方法，且养护往往不够到位而增加裂缝形成的概率。(3)通常在混凝土浇筑6h左右或终凝前出现微裂，在日照风干天气下建筑结构表面裂缝更明显，而且形成时间更短。(4)若裂缝补救不及时，有时会贯穿结构。2.4.3控制措施(1)调整混凝土拌合物中外加剂缓凝成分的占比以及混凝土的组成与配比。(2)督促施工单位按GB50204—2011《混凝土结构工程施工质量验收规范》组织施工，及时覆膜养护。也可选择二次抹面或初凝浇水的办法，但此方法对混凝土凝结时间的把握要求很高。3机制山砂原石破碎时，有时为了节省开采成本与提高产量以及受地理位置影响等原因而未剔除泥粉，泥粉含量超过国家标准要求，其MB值通常＞1.4，因此在使用过程中极易出现吸水性强、收缩大(易开裂)、黏度高(流动性差)等问题。3.1机制山砂的特点3.1.1吸水性强由于制砂生产过程中泥粉占比高而且细，用其配制混凝土的单位体积用水量远远高于采用碎石制砂、水洗机砂或河砂，而在搅拌过程中由于拌和时间短，其颗粒不能完全饱和水分，因此很容易出现运到施工现场时过于干黏的现象。同样，泥石粉在吸取部分水与外加剂后，不但造成外加剂与水用量不足，同时其自身体积膨胀，导致其工作性能显著降低。改善方案类同于碎石制砂。3.1.2收缩大由于石粉含量大，整体收缩应力增加，因此在使用过程中应控制其收缩裂缝。同时，由于浆体增加和石粉本身吸水，需要在施工时注意表面失水性裂缝的产生。表面失水性裂缝的产生原因及特点与碎石制砂的情况基本相同，且更容易形成并难以控制。3.1.3黏度高、粗糙、流动性差由于石粉含量偏大，石粉吸水后会产生少许膨胀，混凝土黏稠度增高使得塑性不足，颗粒多棱角导致流动性降低，给施工、泵送造成了不便。因此，在使用时需提高混凝土的工作性能。3.1.4改善方法(1)调整砂率，以保持混凝土拌合物的可泵性。(2)调整机砂颗粒规格，以平衡石粉在砂中的占比。(3)在外加剂中添加引气成分和助流成分，以增大混凝土拌合物的流动性。(4)适调用水量及外加剂用量，以补偿泥粉对其的吸附。同时需注意缓凝剂成分及比例。3.2混凝土强度偏低的原因分析3.2.1强度试验数据分析由于在制砂过程中毛料夹带入的泥土未剔除，因而直接影响到水泥的胶结能力。笔者采用机制山砂与河砂(含泥量2.4%)，在相同水胶比条件下各做了15组对比试验，28d标准养护试件的试压结果显示，采用机制山砂的混凝土强度平均值为34.3MPa，采用河砂的混凝土强度平均值为37.9MPa，采用碎石制砂的混凝土强度低于采用河砂约9.4%。3.2.2混凝土强度的影响因素混凝土是材料填充密实的整体，并非石子越多强度越高，而以级配合理、密实性高、材料性能好、水胶比佳的配合比为上。影响混凝土强度的因素很多，而将机制砂合理地应用于混凝土生产，也能提升混凝土的品质，同时有利于保护环境。3.2.3裂缝产生的原因分析混凝土质量与配合比设计、生产、施工工艺(浇筑、振捣、养护)是密不可分的。例如混凝土裂缝问题，大多数的裂缝是可以避免的，但由于设计不合理或生产控制不到位、未按要求施工等原因，出现了很多本不应该出现的裂缝。其主要原因如下:(1)水灰比过大、配比不合理，混凝土收缩应力增加，造成表面龟裂。(2)未按标准规范进行施工，混凝土硬化初期表面脱水，产生表面失水性裂缝。(3)局部模板下沉或拆模过早，造成受力开裂。(4)混凝土凝结时温差过大，出现温差裂缝。(5)洞口、拐角、预应力较大处加强筋不足，局部应力增加，造成应力裂缝。(6)浇筑不均匀，导致混凝土密