Sustainable Concrete of Tongji University
机制砂由于存在着规格不一、砂两头粗、中间级配少、表面粗糙、石粉含量偏高、需水量较大等缺陷，在混凝土配制技术上和河砂略有差异。因而在配制机制砂混凝土时，混凝土技术人员不能生搬硬套河砂混凝土配制的方法，对石粉的作用、单方用水量、砂率这三个可能走进的误区应加强认识，从而配制出经济性、工作性、耐久性良好的机制砂混凝土。
根据GB/T14684—2011《建筑用砂》规定，机制砂（人工砂）不包括软质、风化的颗粒，而是指粒径不超过4.75mm，并且经过除土处理、机械破碎、筛分制成的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒。机制砂目前的细度模数一般在2.6～3.6之间，属于中粗砂，含有一定量的石粉，不但颗粒级配不规则，而且表面粗糙，棱角尖锐。但是机制砂的颗粒和级配并不是固定的，影响因素有很多，比如各地生产矿源、加工设备、工艺等，但只要是符合规定的机制砂，技术指标都过关，就可以用在混凝土中。由机制砂本身的特点所决定，即使是跟级配和细度模数都一样的天然砂比较，甚至配比设计、其他材料成型养护条件都一样，用机制砂配置的混凝土的特点是：如保持坍落度不变，则需水量增加；坍落度减小，28d标准强度提高。如果在混凝土配比设计时按天然砂的规律，机制砂的需水量很大，而且和易性比较差，还容易产生泌水，最明显的是在水泥用量少的低强度等级混凝土中。
长期以来，由于石粉和泥都是砂中粒径小于0.075mm的颗粒，在没有引入亚甲蓝试验方法以前，缺乏鉴定的依据。一般认为石粉是对混凝土有害的，因为缺乏科学的了解，人们都以为石粉不能加以利用。有的地方甚至不惜浪费时间、精力和钱财，想尽办法来除去砂中的石粉。其实，许多的国内外专家都认为，混凝土中加入适当的石粉是有好处的。机制砂混凝土中的石粉的作用有三个，分别是：①水化作用：有研究表明，水化早期形成的钙矾石会在后期向单硫型硫铝酸钙转化，这会降低水泥石的强度，但是加入含有碳酸钙的石粉，就可以有效解决这个问题；另外，石粉是以碳酸钙为主的，而碳酸钙可以和C3A发生水化反应，形成水化碳铝酸钙，从而提高了混凝土的强度。
②填充作用：石粉可以填充混凝土中的空隙，充当混凝土的填料，以此增加混凝土的密实度，从而起到惰性掺合料的作用。对于胶凝材料用量少、拌合物性能差的特点，只要使用中、低强度等级的机制砂混凝土，就可以得到有效的弥补。《山砂混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中对C50～C55强度等级的山砂混凝土（砂率37%～45%），提出石粉不能超过7%，这是因为石粉含量和胶凝材料的总量（混凝土的细粉含量）不能超过550kg/m3。（注：山砂属于机制砂的一种，《山砂混凝土技术规程》DBJ52-016-2010中特指公称粒径小于5.00mm的，碳酸盐类岩石经除土开采、机械破碎、筛分而成的岩石颗粒）。
③保水增稠作用：机制混凝土中有石粉，可以降低混凝土拌合物离析和泌水的风险。因为石粉可以吸收混凝土中的用水，无形中增加了混凝土的单方用水量，所以石粉含量越高，混凝土的粘度就越大；另外，加入石粉也可以减少混凝土的收缩，补偿混凝土后期水化用水，因为，即使混凝土硬化了，以前被石粉吸收的水分也会渐渐释放。
研究发现，石粉含量应该适量。机制砂中石粉的主要成份为碳酸钙，但水化作用并不是无限的，也要受限于水泥的成份。如果石粉含量过高，不利于集料与水泥石的粘结，因为水泥石中或界面过渡区会出现游离态的石粉，从而降低混凝土性能。另外，石粉含量超过一定限值后，不利于混凝土的耐久性能，因为单方石粉承担的保水量明显减少，干缩明显变大。综合各种研究，一般C50以下混凝土石粉含量应控制在10%～15%，而C50以上混凝土石粉含量应该不超过10%。
河砂由于自身的特性，颗粒比较光滑，自身的内摩擦力小，在混凝土中颗粒间绞合力较小，对水的需求量相对机制砂相对较小。而机制砂表面粗糙，棱角多，造成在混凝土中颗粒间绞合力较大。由于机制砂泵送混凝土黏度较河砂混凝土大，施工坍落度一般保持在180～220mm，其单方用水量一般在175～185kg/m3左右，这与河砂混凝土较低的用水量是截然不同的。在相同的坍落度时，如使用较低的用水量，必然导致外加剂超掺，从而导致机制砂混凝土流动性大，但粘性大，泵送性差，经常出现施工现场上加水来降低粘度，导致预拌混凝土的质量无法保证。因而，做机制砂配合比设计时，不能过度的追求使用外加剂降低机制砂混凝土的单方用水量，机制砂混凝土单方用水量应设计的比河砂混凝土略大。一般而言，为提高产能，生产出的机制砂多为中粗砂，砂的细度模数一般在2.6～3.6，1.18mm以上的颗粒较多，较差的机制砂1.18mm以上的颗粒占到了50%～70%，砂中0.315mm的组分在8%～13%波动。我国多数工程实践表明，采用中砂适宜泵送，砂中通过0.315mm筛孔的数量对混凝土可泵性影响很大。日本泵送混凝土规程规定为10%～30%，美国混凝土协会推荐的细骨料级配曲线建议为20%；国内工程实践亦证明，此值过低输送管易堵塞，上海、北京、广州等地泵送混凝土施工经验表明，此值都在15%以上。JGJ/T10-95《混凝土泵送技术规程》规定，细骨料应符合《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》规定，通过0.315mm筛孔的砂不应少于15%，有良好的连续粒级。但一般的砂场生产出的机制砂0.315mm略显不足，同时1.18mm以上的偏多，这对配制泵送的机制砂混凝土带来了一定的难题。
一般通常采用的方法是适当提高砂率，增加0.315mm的颗粒的数量，以保证机制砂混凝土的可泵性。然而，现在配制机制砂泵送混凝土也存在一个误区，认为砂率越大越好施工，C15～C30低标号混凝土砂率都已经达到了惊人的60%～70%。应该选择适宜的砂率，在做机制砂混凝土配合比设计时，如果砂率过大，虽然保住了工作性，但新拌混凝土的早期收缩就增加了，容易出现塑性开裂等问题，在夏季温度比较高的时候表现的更为明显。通常为保证机制砂混凝土的可泵性，同时保证配制混凝土的经济性，配制机制砂泵送混凝土一般要比河砂混凝土高5%～10%的砂率。
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