机制砂混凝土的配比设计及应用研究

机制砂混凝土的配比设计及应用研究

丁伟妨

中铁七局郑州工程有限公司河南郑州450000

摘要：运用机制砂调配混凝土已经成为生产混凝土的一种常见方式。机制砂混凝土以其性能好、价格优惠、生产简便等优势得到了诸多建设工程相关人员的认可。关于机制砂各项性能研究较多，将机制砂运用到桥梁工程项目中，尤其是大体积的现浇箱梁体系中就必须要进行机制砂混凝土的各项性能试验，用以寻求最佳配比。机制砂成分也较为复杂，其石粉等含量较高，石粉等组成部分影响了机制砂的多种工作性能，需求一种合适的石粉等材料最佳含量使得获得的机制砂混凝土工作性能最佳，是当前研究机制砂的一个重要方面。陈涛等分别采用机制砂混凝土及天然砂混凝土制备T梁，然后进行弯曲加载试验，试验结果表明：两种材料制成的T梁弯曲受力性能指标均相差不大，力学行为也相似，但机制砂混凝土的延性、抗裂性较普通砂混凝土强，因此他认为可以采用机制砂混凝土代替普通砂混凝土。国内外关于机制砂的研究较多，得到结论较多，也存在部分结论有争议，机制砂的研究成果已经广泛运用到混凝土工程中，但对于桥梁工程，尤其是大体积混凝土的桥梁工程，机制砂是否能够成功运用还有一些疑惑。

关键词：机制砂混凝土；配比设计；应用

1石粉含量及特性

1.1石粉含量

建筑行业的天然材料来源于自然环境，属于不可再生的资源，经过多年开采，自然资源已经越来越稀有。在混凝土工程材料中，天然砂就属于自然资源的一种，随着天然砂资源的日渐缺少，混凝土行业只能通过有机工业，制造替代天然砂的机制砂。相对于天然砂而言，机制砂的材料特性差异较大，掺入杂质较小：天然砂是由人工开采筛分，其中粒径小于0.075毫米的颗粒含杂质较多，称为泥；机制砂由机械破碎筛分，粒径小于0.075毫米的颗粒含杂质较少，称为石粉。由于现代工艺及原材料本身的材质问题，机制砂的生产是不可避免会产生石粉的。石粉相对于天然砂中的细质泥，杂质较少，主要成分与机制砂的材质相同，区别只在于颗粒大小不同，属于细微级配比。对于石粉的含量对机制砂混凝土的影响，目前还没有一个统一的研究结果。有人认为石粉的含量过高会影响混凝土的强度和湿度，有的人则认为石粉能加强机制混凝土搅拌工作的磨合度，进一步减少混凝土中的杂质含量。可以确认的是，石粉含量配比的不同，对机制砂混凝土的搅拌工作和制成效果一定会产生影响，这种影响既有正面的，也有负面的。我们对石粉特性和含量的研究，应当集中在石粉含量对机制砂混凝土拌合物的稳定性和强度上，通过对石粉含量和特性的研究，得出最佳石粉含量的配比，使石粉在机制砂混凝土中的负面影响降到最低。

1.2石粉特性

石粉与机制砂母岩属于同一种材质，因此，石粉在机制砂混凝土中的活性，对混凝土拌合物的粘合性和稳定性具有一定的影响。客观而言，石粉具有的杂质比天然砂中细质泥低，在混凝土中应当不同于任何外加剂的效果，更多的是对混凝土拌合物有着填充、优化结构的效果，使混凝土的密实性和粘合度增强，提高混凝土的强度。但这种填充效果也有一定的上限，当石粉含量超过限度，会出现反而不利于混凝土粘结的效果，并且由于石粉含量过高，影响到混凝土的水分配比，使混凝土的强度和稳定性降低，这是在进行混凝土石粉含量研究时必须着重注意的。可以说，机制砂石粉含量值的大小，对机制砂混凝土工作性和稳定性有着极其重要的影响，在实际施工时，必须严格控制机制砂中的石粉含量，尤其是对拌合物中可能出现的含泥量进行预先计算，根据国家标准得出实际需求的数值。

2试验原材料及特性

（1）水泥：采用质量稳定性好、抗裂性能优良的P.O42.5级（重庆产）普通硅酸盐水泥，该水泥各项技术指标检验均满足规定要求；（2）矿物掺合料：选择重庆某地区的II级粉煤灰，其技术性能指标均满足规定要求值；（3）粗集料：采用5～16mm及16～25mm连续级配碎石，按照《公路工程集料试验规程》（JTGE42-2015）确定粗集料物理性能，按照《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）确定其级配卵石筛分结果，级配碎石及级配卵石性能检验结果均满足规定要求[5]；（4）机制砂细集料：采用原状机制砂，机制砂的各项指标均满足规定要求，筛分试验结果均满足级配曲线分区要求；（5）外加剂：采用HXSX-A类高效减水剂，其性能指标比照《聚羧酸系高性能减水剂》（JG/T223-2007）、《混凝土外加剂》（GB8076-2008）规定内容；水：采用自来水。

3机制砂混凝土正交配比设计

3.1正交试验方法及水平选择

选择砂率、水胶比、矿物掺合料和外加剂作为正交试验因素。选取部分适合正交试验的代表性点，为确定最佳的试验水平，分别对单位用水量和砂率进行试验：①砂率的选择。基于混凝土各力学性能和工作性能来确定砂率，得到在B∶W∶S∶G=434∶169∶626∶1161配比下，机制砂混凝土的砂率为35％～40％时各性能较好，砂率在40％以上时的混凝土比较干稠，人工搅拌时混合料会出现板结现象，砂率处于35％～45％的范围时，混凝土强度出现下降的变化趋势，最终确定砂率为35％、37.5％和40％三个水平。②单位用水量的确定。在胶凝材料用量不变的条件下，确定单位最佳用水量，经配比计算可知，当水灰比取值为0.39时的机制砂混凝土工作性和强度都不满足要求，故水灰比的选择为0.33，0.35，0.37，机制砂混凝土的单位用水量取值157kg/m3。

3.2试验设计结果及分析

对坍落度进行极差分析可知：机制砂混凝土初始坍落度的影响因素按其重要度进行排序依次是水胶比＞砂率＞外加剂＞矿物掺合料。试验因素的各水平影响按其重要度进行排序分别为：水胶比为0.33、0.35和0.37；砂率为37.5％、40％和35％；矿物掺合料为4％、6％、8％；外加剂为1.4％、1.2％、1.0％。因此，考虑到各因素对初始坍落度的影响，各因素的最佳组合为a3b2c1d3，即水胶比为0.33，砂率为37.5％，矿物掺合料为4%，外加剂为1.4％。由坍落度损失率极差分析表可知，30min和60min坍落度损失率中砂率的极差值0.128是最大值，可以确定砂率是最敏感因素，取值为35％（b1）。通过组件比较可以得知其他因素的排序和掺量分别为：外加剂为1.2％（d2）、水胶比为0.37（a1）和矿物掺合料为8％（c3）。

4结论

从建筑行业和混凝土行业的发展趋势来看，机制砂在混凝土行业中的应用率将会越来越高，机制砂混凝土是大势所趋。因此，怎样解决目前机制砂混凝土中石粉含量问题，消除机制砂混凝土研究中存在的争议，是混凝土行业和相关专业需要重视起来的问题。我国需要建立一个系统的研究体系，对机制砂及机制砂混凝土的特性和应用进行进一步研究，提高机制砂的质量，才能进一步促进机制砂在混凝土行业中的应用发展。

参考文献：

[1]唐明.石灰石机制砂混凝土在现浇箱梁中的应用与施工控制[J].商品混凝土，2017（06）：54-56.

[2]唐志华.掺磷渣粉高性能机制山砂混凝土制备及工程应用[D].贵州大学，2017.

[3]潘菲，姜观荣.石粉粒径对机制砂混凝土性能的影响[J].粉煤灰综合利用，2017（02）：29-31.

[4]张振升.高强高性能机制砂混凝土配比与超高泵送试验研究[D].贵州大学，2016.