1. 1 引言
國(guó)內(nèi)外應(yīng)用機(jī)制砂的情況在美、英、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用人工砂(機(jī)制砂) 作為混凝土細(xì)骨料已有30 多年歷史,在各種建筑工程中應(yīng)用比較普遍,關(guān)于機(jī)制砂的材料與試驗(yàn)、使用標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善。而我國(guó)在建筑方面采用機(jī)制砂從20 世紀(jì)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(guó)家建委在貴州省召開(kāi)了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用的論證會(huì),通過(guò)建材業(yè)和建筑業(yè)的經(jīng)驗(yàn)交流,肯定了研究成果,并制定了《機(jī)制砂混凝土技術(shù)規(guī)程》。自此,機(jī)制砂的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大,由建筑行業(yè)擴(kuò)大到公路、鐵路、水電、冶金等系統(tǒng),由擋護(hù)工程擴(kuò)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(yù)應(yīng)力混凝土、泵送混凝土、氣密性混凝土及噴錨支護(hù)等工程。但是由于試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范的不完善及試驗(yàn)材料的滯后,我國(guó)建筑業(yè)對(duì)天然砂還存在較強(qiáng)的依賴性,在許多重要結(jié)構(gòu)中對(duì)機(jī)制砂的使用還存在限制條件。采用機(jī)制砂多數(shù)是在天然砂供應(yīng)不足或經(jīng)濟(jì)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(yīng)用機(jī)制砂勢(shì)在必行
砂是混凝土組成的主要材料,隨著建筑業(yè)發(fā)展和對(duì)建筑工程質(zhì)量的重視,建筑市場(chǎng)用砂數(shù)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(nóng)田、水利資源問(wèn)題日趨嚴(yán)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(shù)量對(duì)建筑市場(chǎng)的影響日益明顯。承認(rèn)人工砂合格的建材地位并加以規(guī)范利用是勢(shì)在必行的。
2 使用機(jī)制砂與天然砂對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果
2. 1 堅(jiān)固性與耐久性試驗(yàn)
機(jī)制砂的堅(jiān)固性能比河砂稍差,但仍然達(dá)到GB/ T 141684293標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等品指標(biāo),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(gòu)件中使用,除必須摻用外加劑,還應(yīng)控制混凝土的灰砂比和砂的壓碎指標(biāo)與石粉含量。
2. 2 機(jī)制砂石粉含量對(duì)水泥拌合物性能的影響
2. 2. 1 水泥的試驗(yàn)
為探明機(jī)制砂中的石粉對(duì)水泥性能的影響,按內(nèi)摻法將粒徑小于75μm 的石粉摻入水泥中試驗(yàn)。結(jié)果表明:石粉取代部分水泥后,對(duì)凝結(jié)時(shí)間和安定性均無(wú)影響。當(dāng)取代量小于5 %時(shí),水泥強(qiáng)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(qiáng)度得以提高;當(dāng)取代量大于10 %時(shí),隨取代量的增加水泥強(qiáng)度呈直線下降,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(yàn)
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(yàn)結(jié)果表明:
a. 有石粉的砂漿強(qiáng)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(yīng)增多,故砂漿稠度隨石粉增加而減少。
2. 2. 3 混凝土試驗(yàn)
結(jié)果表明:在水灰比相同的條件下,機(jī)制砂中小于75μm 的砂粉含量在30 %以下時(shí)除高等級(jí)混凝土的抗壓強(qiáng)度略低于中砂(河砂) 混凝土外,其他的抗折、抗拉、抗壓強(qiáng)度以及鋼筋的粘結(jié)力都高于河砂混凝土,參照有關(guān)國(guó)外文獻(xiàn)資料的結(jié)論相符。
2. 3 混凝土耐久性試驗(yàn)
根據(jù)GBJ 82285 普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn);混凝土抗壓疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)荷載采用受壓穩(wěn)定脈沖荷載試驗(yàn)荷載循環(huán)次數(shù)為200 萬(wàn)次,下限應(yīng)力與上限應(yīng)力的比值稱為荷載循環(huán)特征系數(shù)( P) ,為0. 15 。在此條件能承受200 萬(wàn)次反復(fù)荷載不破壞,即可在橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)物使用。試驗(yàn)結(jié)果表明,機(jī)制砂混凝土能夠滿足這方面的要求,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(rèn)為凍融交替是主要環(huán)節(jié),機(jī)制砂混凝土能夠滿足技術(shù)規(guī)范要求。同時(shí),機(jī)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(qiáng)度。機(jī)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(jù)國(guó)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(jī)制砂時(shí)(特別是高強(qiáng)混凝土) 除摻用外加劑,降低用水量和加強(qiáng)攪拌搗振、養(yǎng)護(hù)外,還應(yīng)適當(dāng)限制75μm 的粉塵用量。
3 機(jī)制砂的技術(shù)要求
3. 1 技術(shù)指標(biāo)要求
GB/ T 1468422001 建筑用砂中的對(duì)機(jī)制砂的顆粒級(jí)配與天然砂的級(jí)配基本相同,只是50μm 的篩有些放寬,這主要原因是根據(jù)以往應(yīng)用機(jī)制砂的經(jīng)驗(yàn)特征所規(guī)定的。
3. 2 亞甲藍(lán)MB 值
亞甲藍(lán)MB 值檢驗(yàn)專門用于檢測(cè)小于75 μm 的物質(zhì)是純石粉,還是泥土的一種檢驗(yàn)方法。由于機(jī)制砂的外貌特征與天然砂不同,天然砂外觀呈黃色,含泥量高低從外觀上可以判定其多少。而機(jī)制砂多數(shù)呈灰白色或黑色,顆粒尖銳,看上去石粉很多。機(jī)制砂的石粉含量根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別定為3 % ,5 % ,7 % ,比天然砂含泥量相對(duì)放寬2 %。為防止機(jī)制砂在開(kāi)采加工過(guò)程中因各種因素?fù)饺脒^(guò)量的泥土,在GB/ T 1484622001 建筑用砂中規(guī)定了測(cè)試機(jī)制砂石粉含量時(shí)必須先進(jìn)行亞甲藍(lán)MB 值的檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn),而且都定為砂材料出廠(場(chǎng)) 和施工時(shí)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)試的必檢試驗(yàn)項(xiàng)目。亞甲藍(lán)MB 值檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果,合格的機(jī)制砂石粉含量按3 % ,5 % ,7 %控制使用;亞甲藍(lán)值的檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果,不合格的機(jī)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(jī)制砂的石粉含量過(guò)高而給混凝土帶來(lái)的負(fù)作用。
3. 3 石粉的控制觀點(diǎn)
由于石粉的存在對(duì)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(duì)石粉進(jìn)行控制使用。國(guó)際上對(duì)機(jī)制砂石粉的要求有所不同。美國(guó)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(guó)對(duì)于重載混凝土的機(jī)制砂石粉含量要求小于8 % ,對(duì)于用普通混凝土機(jī)制砂石粉含量15 %;日本對(duì)用于混凝土機(jī)制砂石粉含量要求是小于7 %。由于我國(guó)建筑業(yè)應(yīng)用機(jī)制砂處于起步階段,而我國(guó)地域廣闊,礦產(chǎn)復(fù)雜,各地生產(chǎn)和使用機(jī)制砂的水平相差很大,因此國(guó)標(biāo)在對(duì)石粉的控制要求偏于亞甲藍(lán),但根據(jù)多次使用機(jī)制砂及株六鐵路復(fù)線、四川高縣惠澤水庫(kù)施工中針對(duì)石粉對(duì)混凝土性能影響展開(kāi)的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以證明,對(duì)機(jī)制砂石粉含量可以放寬標(biāo)準(zhǔn)使用,可參照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)后確定控制含量:配制強(qiáng)度等級(jí)大于C30 的混凝土機(jī)制砂石粉含量小于10 % ,配制強(qiáng)度等級(jí)為C20～C30 的混凝土機(jī)制砂的石粉含量小于15 %。配制強(qiáng)度等級(jí)小于C20 的混凝土機(jī)制砂的石粉含量小于20 %。
用機(jī)制砂配制混凝土與天然砂無(wú)大的區(qū)別,一般來(lái)講,同坍落度的前提下,機(jī)制砂的用水量要稍大些,但要根據(jù)施工條件及結(jié)構(gòu)物和運(yùn)輸?shù)纫蛩乜紤]。但對(duì)混凝土的強(qiáng)度基本不變;用機(jī)制砂配制泵送混凝土等特種混凝土?xí)r注意砂率不宜過(guò)高,防止降低混凝土強(qiáng)度和耐久性等工程質(zhì)量。
4 結(jié)語(yǔ)
在工程建設(shè)過(guò)程中,砂石作為混凝土結(jié)構(gòu)材料的重要組成部分,其質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)整個(gè)工程的質(zhì)量及耐久性具有舉足輕重的影響。在滿足用砂性能指標(biāo)的前提下,選用經(jīng)濟(jì)可行的方案,既要滿足施工質(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(qū),使用優(yōu)質(zhì)機(jī)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的。同時(shí)在機(jī)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(yàn),積累經(jīng)驗(yàn),為學(xué)科的發(fā)展奠定基石。
