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机制砂特性及其在高性能混凝土中应用技术

蒋正武1严希凡1梅世龙2石大为2
1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，上海200092；
2.贵州高速公路开发总公司，贵州贵阳，510080）

摘要：本文分析了机制砂一般特性，概述了贵州地区石灰岩机制砂高性能混凝土发展现状及各种类别的定义、特点及工程应用，主要包括机制砂抗扰动混凝土、机制砂钢管拱自密实混凝土、机制砂水下抗分散混凝土、机制砂自密实片石混凝土、机制砂超高墩泵送大体积混凝土、机制砂高强高性能混凝土、机制砂大体积混凝土等。
关键词：机制砂，特性，贵州地区，高性能，混凝土。

1前言
混凝土目前一直是人类最大宗的建筑结构材料。砂作为混凝土的主要原材料之一，包括天然砂和机制砂两大类。受自然资源的限制，以河砂为主的天然砂越来越无法满足日益增长的混凝土用量的需求，尤其在我国西南地区。另外因过量的开采天然砂源，对自然环境所造成的压力也日益增加，使用机制砂替代河砂在国内外已成为混凝土行业可持续发展的一种趋势。机制砂已经在砂浆、混凝土、砌块中已经得到一定程度的应用，尤其在云南、贵州等河砂自然资源短缺的地区[1][2][3][4]。
石灰岩（Limestone）简称灰岩，以方解石为主要成分的碳酸盐岩。贵州地区盛产石灰岩，并因地质环境条件，形成大量特色的喀斯特地貌。因此，贵州地区的机制砂绝大部分区域均是采用石灰岩制备而成。贵州地区的机制砂混凝土的推广在上世纪80年代，早期因无法很好的解决混凝土工作性不良、强度不佳等难题而应用停滞，在本世纪初以来，在积极研发、吸收新混凝土技术的基础上，机制砂混凝土推广应用得到了快速发展，目前已经开发出系列石灰岩机制砂高性能混凝土，并在工程中广泛应用。
目前，贵州地区已经制定了《贵州省高速公路机制砂高强混凝土技术规程》（DBJ52-55-2008）、贵州省地方标准《山砂混凝土技术规程》等规范标准，也大大促进了贵州地区机制砂高性能混凝土的应用。
2.机制砂特性
根据国标规定，经除土处理、由机械破碎、筛分制砂，粒径小于的岩石颗粒，但不包括软质岩，风化岩石的颗粒。
机制砂的自身主要特点是，目前基本为中粗砂，细度模数在—之间，颗粒级配稳定、可调，含有一定量的石粉，除150m的筛余有所增加外，其余筛余均多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐。但由于全国各地机制砂的生产矿源的不同、生产加工机制砂的设备和工艺不同，生产出机制砂粒型和级配可能会有很大的区别。比如，有些机制砂片状颗粒较多，有些机制砂的颗粒级配为两头大中间小，但只要能满足国标中对机制砂的全部技术指标，就可以在混凝土和砂浆中使用。河砂与机制砂的基本物理性能指标见表1。图1给出了河砂与机制砂的颗粒形貌。图2给出了河砂与机制砂的分计筛余曲线与累计筛余曲线。从中可以看出，机制砂石粉含量高，表面粗糙，球体类似度水平较低，颗粒较大，级配不均。
表1河砂与不同地区机制砂的基本物理性能
Table1Basicphysicalpropertiesofriver-sandandmachine-madesand

ItemsPackingdensity
/kg·m-3Apparentdensity
/kg·m-3Crushing
Index/％Moduleof
finenessContentofrock
powder/％FineAggregate
Angularity/sSpheresimilar
degreesRiversandGuizhouMachine-madesandHuzhouMachine-madesand

（a）GuizhouMachine-madesand

（b）HuzhouMachine-madesand

（c）Riversand
图1河砂与不同地区机制砂的颗粒形貌
Granulemorphologyofriver-sandandmachine-madesand

图2河砂与机制砂的筛分曲线
Sievingcurveofriversandandmachine-madesand

由机制砂本身的特点所决定，与条件相同天然砂相比，在配比设计、其它材料成型养护条件都相同的情况下，用机制砂配制出混凝土的特点是：坍落度减小，混凝土28d标准强度提高；如保持坍落度不变，则需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比变大后，一般情况下，混凝土实测强度并不降低。按天然砂的规律进行混凝土配比设计，机制砂的需水量大，和易性稍差，易产生泌水，特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显；而如果根据机制砂的特点进行混凝土配比设计，通过合理利用机制砂中的石粉、调整机制砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比设计规程的配比设计方法完全适用于机