1. 1 引言
國內外應用機制砂的情況在美、英、日等工業(yè)發(fā)達國家使用人工砂(機制砂) 作為混凝土細骨料已有30 多年歷史,在各種建筑工程中應用比較普遍,關(guān)于機制砂的材料與試驗、使用標準已相當完善。而我國在建筑方面采用機制砂從20 世紀60 年代已經(jīng)起步,但河砂、江砂等天然砂的使用還比較普遍,1973 年國家建委在貴州省召開(kāi)了機制砂在混凝土中應用的論證會(huì ),通過(guò)建材業(yè)和建筑業(yè)的經(jīng)驗交流,肯定了研究成果,并制定了《機制砂混凝土技術(shù)規程》。自此,機制砂的應用范圍得以擴大,由建筑行業(yè)擴大到公路、鐵路、水電、冶金等系統,由擋護工程擴大到橋梁、隧道及水工工程,從砌筑砂漿發(fā)展到普通混凝土、鋼筋混凝土,預應力混凝土、泵送混凝土、氣密性混凝土及噴錨支護等工程。但是由于試驗標準與技術(shù)規范的不完善及試驗材料的滯后,我國建筑業(yè)對天然砂還存在較強的依賴(lài)性,在許多重要結構中對機制砂的使用還存在限制條件。采用機制砂多數是在天然砂供應不足或經(jīng)濟比選相差懸殊時(shí)不得已而為之的方案。
1. 2 在建筑施工中大量應用機制砂勢在必行
砂是混凝土組成的主要材料,隨著(zhù)建筑業(yè)發(fā)展和對建筑工程質(zhì)量的重視,建筑市場(chǎng)用砂數量越來(lái)越大,質(zhì)量上要求越來(lái)越高,而合格的天然砂資源卻越來(lái)越少,由此引發(fā)的工程質(zhì)量,破壞農田、水利資源問(wèn)題日趨嚴重,砂生產(chǎn)也因資源的變化而有所改變,建筑用砂的質(zhì)量和數量對建筑市場(chǎng)的影響日益明顯。承認人工砂合格的建材地位并加以規范利用是勢在必行的。
2 使用機制砂與天然砂對比試驗結果
2. 1 堅固性與耐久性試驗
機制砂的堅固性能比河砂稍差,但仍然達到GB/ T 141684293標準的優(yōu)等品指標,在普通混凝土中使用不存在問(wèn)題。但在經(jīng)常遭受摩擦沖擊的混凝土構件中使用,除必須摻用外加劑,還應控制混凝土的灰砂比和砂的壓碎指標與石粉含量。
2. 2 機制砂石粉含量對水泥拌合物性能的影響
2. 2. 1 水泥的試驗
為探明機制砂中的石粉對水泥性能的影響,按內摻法將粒徑小于75μm 的石粉摻入水泥中試驗。結果表明:石粉取代部分水泥后,對凝結時(shí)間和安定性均無(wú)影響。當取代量小于5 %時(shí),水泥強度略有提高(1 %～4 %) ,其原因主要是石粉中的碳酸鹽在水泥水化過(guò)程中與水泥的鋁硅酸鹽形成碳鋁酸鹽,使水泥強度得以提高;當取代量大于10 %時(shí),隨取代量的增加水泥強度呈直線(xiàn)下降,原因是水泥的鋁成分有限,過(guò)多的石粉只能起惰性料的填充作用,反而降低水泥的活性。
2. 2. 2 砂漿試驗
采用兩種水泥在配合比相同條件下,摻入不同比例的石粉(顆粒粒徑小于75μm) 拌制砂漿,試驗結果表明:
a. 有石粉的砂漿強度都要比無(wú)石粉者高。
b. 石粉能充分填充顆粒間的空隙,提高拌合物的密實(shí)度,使砂漿容重隨石粉的增加而變大。
c. 石粉的存在加大了砂的比表面積,拌合物的需水量相應增多,故砂漿稠度隨石粉增加而減少。
2. 2. 3 混凝土試驗
結果表明:在水灰比相同的條件下,機制砂中小于75μm 的砂粉含量在30 %以下時(shí)除高等級混凝土的抗壓強度略低于中砂(河砂) 混凝土外,其他的抗折、抗拉、抗壓強度以及鋼筋的粘結力都高于河砂混凝土,參照有關(guān)國外文獻資料的結論相符。
2. 3 混凝土耐久性試驗
根據GBJ 82285 普通混凝土長(cháng)期性能和耐久性能試驗方法標準;混凝土抗壓疲勞強度試驗荷載采用受壓穩定脈沖荷載試驗荷載循環(huán)次數為200 萬(wàn)次,下限應力與上限應力的比值稱(chēng)為荷載循環(huán)特征系數( P) ,為0. 15 。在此條件能承受200 萬(wàn)次反復荷載不破壞,即可在橋梁等混凝土結構物使用。試驗結果表明,機制砂混凝土能夠滿(mǎn)足這方面的要求,在自然條件的外力作用下影響混凝土建筑物壽命的諸多因素,一般認為凍融交替是主要環(huán)節,機制砂混凝土能夠滿(mǎn)足技術(shù)規范要求。同時(shí),機制砂密度大,空隙率小,有利于提高混凝土抗壓彈模的受壓徐變強度。機制砂的收縮率比河砂混凝土略小,主要受石粉含量的影響。根據國外有關(guān)資料介紹,混凝土的收縮率隨集料小于75μm 粉塵含量的增加而變大,所以使用機制砂時(shí)(特別是高強混凝土) 除摻用外加劑,降低用水量和加強攪拌搗振、養護外,還應適當限制75μm 的粉塵用量。
3 機制砂的技術(shù)要求
3. 1 技術(shù)指標要求
GB/ T 1468422001 建筑用砂中的對機制砂的顆粒級配與天然砂的級配基本相同,只是50μm 的篩有些放寬,這主要原因是根據以往應用機制砂的經(jīng)驗特征所規定的。
3. 2 亞甲藍MB 值
亞甲藍MB 值檢驗專(zhuān)門(mén)用于檢測小于75 μm 的物質(zhì)是純石粉,還是泥土的一種檢驗方法。由于機制砂的外貌特征與天然砂不同,天然砂外觀(guān)呈黃色,含泥量高低從外觀(guān)上可以判定其多少。而機制砂多數呈灰白色或黑色,顆粒尖銳,看上去石粉很多。機制砂的石粉含量根據混凝土強度等級分別定為3 % ,5 % ,7 % ,比天然砂含泥量相對放寬2 %。為防止機制砂在開(kāi)采加工過(guò)程中因各種因素摻入過(guò)量的泥土,在GB/ T 1484622001 建筑用砂中規定了測試機制砂石粉含量時(shí)必須先進(jìn)行亞甲藍MB 值的檢驗或快速檢驗,而且都定為砂材料出廠(chǎng)(場(chǎng)) 和施工時(shí)現場(chǎng)復試的必檢試驗項目。亞甲藍MB 值檢驗檢測結果,合格的機制砂石粉含量按3 % ,5 % ,7 %控制使用;亞甲藍值的檢驗檢測結果,不合格的機制砂的石粉含量按1 % ,3 % ,5 %(與天然砂的含泥量相同) 控制使用,這樣就避免了因機制砂的石粉含量過(guò)高而給混凝土帶來(lái)的負作用。
3. 3 石粉的控制觀(guān)點(diǎn)
由于石粉的存在對其拌合物的作用有有利的方面也有不利的方面,因此可以對石粉進(jìn)行控制使用。國際上對機制砂石粉的要求有所不同。美國耐磨混凝土小于5 % ,用于普通混凝土小于7 % ,用于砂漿小于10 %;英國對于重載混凝土的機制砂石粉含量要求小于8 % ,對于用普通混凝土機制砂石粉含量15 %;日本對用于混凝土機制砂石粉含量要求是小于7 %。由于我國建筑業(yè)應用機制砂處于起步階段,而我國地域廣闊,礦產(chǎn)復雜,各地生產(chǎn)和使用機制砂的水平相差很大,因此國標在對石粉的控制要求偏于亞甲藍,但根據多次使用機制砂及株六鐵路復線(xiàn)、四川高縣惠澤水庫施工中針對石粉對混凝土性能影響展開(kāi)的大量試驗數據可以證明,對機制砂石粉含量可以放寬標準使用,可參照以下標準進(jìn)行試驗后確定控制含量:配制強度等級大于C30 的混凝土機制砂石粉含量小于10 % ,配制強度等級為C20～C30 的混凝土機制砂的石粉含量小于15 %。配制強度等級小于C20 的混凝土機制砂的石粉含量小于20 %。
用機制砂配制混凝土與天然砂無(wú)大的區別,一般來(lái)講,同坍落度的前提下,機制砂的用水量要稍大些,但要根據施工條件及結構物和運輸等因素考慮。但對混凝土的強度基本不變;用機制砂配制泵送混凝土等特種混凝土時(shí)注意砂率不宜過(guò)高,防止降低混凝土強度和耐久性等工程質(zhì)量。
4 結語(yǔ)
在工程建設過(guò)程中,砂石作為混凝土結構材料的重要組成部分,其質(zhì)量?jì)?yōu)劣對整個(gè)工程的質(zhì)量及耐久性具有舉足輕重的影響。在滿(mǎn)足用砂性能指標的前提下,選用經(jīng)濟可行的方案,既要滿(mǎn)足施工質(zhì)量要求,又要有效地控制生產(chǎn)成本,這樣在天然砂資源缺乏的地區,使用優(yōu)質(zhì)機制砂進(jìn)行混凝土施工生產(chǎn)不僅是可行的,其綜合效益也是顯著(zhù)的。同時(shí)在機制砂使用中,也可以進(jìn)行建筑材料學(xué)科方面的研究試驗,積累經(jīng)驗,為學(xué)科的發(fā)展奠定基石。
