机制砂的质量控制及在混凝土中的应用

余雪飙

机制砂的质量控制及在混凝土中的应用

余雪飙

（大理州水利水电勘测设计研究院 云南大理 671000）

机制砂质地坚硬、粒形好，具有新鲜界面和粒形有利于加强结合力的特性，是一种在工程中极具竞争力的建筑材料。由于工程技术人员对机制砂缺乏足够认知，配制出的机制砂混凝土工作性差、可泵性差，出现离析泌水等问题，混凝土外观质量差。本文对机制砂的质量控制措施进行分析，并且结合实例阐述了其具体应用。

机制砂；混凝土；质量控制；应用

1 引言

国外关于机制砂的研究工作开展时间较早，但是因为我国建设环境的限制，使得我国部分水电、建筑工程开始探索就地取材，用当地石材加工成机制砂拌制混凝土。由于机制砂天然的含粉量高等特性，造成机制砂混凝土的和易性不佳，早期强度难以满足设计要求，尤其对高强度混凝土影响较大。因此，有必要针对机制砂的特性，在掺入其他外加剂的情况下，改善混凝土的质量，使其能用于高强度混凝土结构物。

2 机制砂的质量控制

2.1 原材料控制

2.1.1 颗粒级配与细度模数

机制砂级配是影响机制砂泌水的主要原因，其中2.36～4.75mm级颗粒越多，机制砂砂浆泌水越显著。当粗颗粒较多时，混凝土的流动性明显下降，尤其是2.36～4.75mm与1.18～2.36mm两级的颗粒增大对流动性的影响最大，而粒级在0.3～0.6mm与0.15～0.3mm之间的颗粒对砂浆流动性有促进作用。通过适当提高机制砂中0.15～0.3mm与0.3～0.6mm两级砂的颗粒数量来获取优质的机制砂混凝土。混凝土用机制砂宜采用级配良好的中砂，通过0.315mm筛孔的砂不应少于15%，才有良好的连续粒级；机制砂细度模数应控制在2.6～3.2之间。

2.1.2 石粉含量

当石粉含量较低时，很难配制出工作性很好的混凝土，机制砂由于颗粒形貌和级配不良，导致其配制出来的混凝土工作性能较差，而且泌水率较高。但当机制砂中含有一定数量石粉时，机制砂的工作性得到了很好的改善，其保水性明显提高，泌水率降低。对于机制砂混凝土，机制砂中石粉含量的最佳范围为6～10%，而对于C80级的超高强混凝土，机制砂中石粉的最佳含量为3～5%。总体来说，机制砂中的石粉并没有对混凝土强度的长期稳定发展造成有害影响。

2.1.3 棱角性

虽然机制砂的棱角性对机制砂混凝土的力学性能影响不显著，且能降低机制砂混凝土的干缩，但棱角性较强的机制砂，颗粒之间更容易搭接，产生更大的摩擦力，对机制砂混凝土的工作性、工作性保持、抗离析泌水能力影响较大。当机制砂棱角性＞1.35时，机制砂混凝土的泌水离析倾向显著增大。

2.1.4 MB值与泥块含量

机制砂在生产过程中由于带入部分山皮而导致机制砂中0.075mm以下颗粒中含有泥粉。机制砂中的石粉与泥粉虽均为小于0.075mm的颗粒，但两者有本质的区别。泥粉一般较细，增加了集料的比表面积，而且黏土类矿物通常有较强的吸水性，是混凝土中的有害物质。机制砂MB值增大，混凝土工作性能下降，当MB值达到1.45（即泥含量达到3%）时，混凝土工作性急剧下降。结合不同MB值机制砂制作的混凝土力学性能、耐久性等方面的实验结果可以看出，MB值＜1.45时，不会对混凝土各方面的性能造成不良影响。机制砂的泥块含量不得大于1.0%，配制C65及以上等级混凝土时，泥块含量不应大于0.5%。

2.2 混凝土生产质量控制

2.2.1 机制砂含水量控制

湿法制砂在生产过程中会使用大量的水，有时甚至超过10%。机制砂含水量不均匀不但影响混凝土拌和物，而且含水量偏大还会影响料仓下料，因此机制砂应提前备料，避免含水量不均匀的机制砂投入使用。

2.2.2 机制砂拌和质量控制

试验人员在施工过程中随时监测砂石料含水率变化，及时调整施工配合比；即时监测搅拌站拌和系统，保证计量偏差在设计允许范围内；保证混凝土拌和时间，条件允许时可适当延长。混凝土出站时加强坍落度检测，对于坍落度不合格的混凝土不允许出厂。

谷索索力分布很离散，并随吊索索力增长而整体增长，但局部特性明显，不同批次吊索的提升对不同典型谷索的影响可能截然相反。脊索的就位和膜的安装均使谷索索力下降。

2.2.3 机制砂浇筑质量控制

施工时合理安排混凝土供应，减少罐车发车时间间隔，缩短现场等待时间。选择合适的混凝土泵车进行作业，尽量减少泵管长度，避免坍落度损失。严格控制混凝土的下灰高度不超过2m，避免振捣过振，以混凝土停止下沉，无气泡逸出，表面泛浆为基准。

2.3 施工过程质量控制关键技术措施

2.3.1 拌合

机制砂混凝土应采用强制式搅拌机拌制不得使用自落式搅拌机。鉴于机制砂颗粒表面粗糙、多棱角、颗粒级配波动较大，其混凝土的粘稠度较大，因此其搅拌时间应比天然砂混凝土适当延长，有效提高机制砂混凝土拌合物均匀性，延长时间可通过匀质性检验结果来确定。

2.3.2 混凝土运输

为保证混凝土在运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点不分层、不离析、不漏浆，机制砂混凝土应使用混凝土搅拌运输车运输，不得采用机动翻斗车运输。运至现场的混凝土因各种原因确需调整混凝土坍落度时，可在专职技术人员指导下，在卸料前加入减水剂并高速旋转搅拌罐。严禁在运输过程和混凝土施工现场加水，混凝土必须在初凝前泵送并振捣完毕。

2.3.3 混凝土浇筑

混凝土浇筑时，应接近浇筑地点连续均衡布料，尽量选择气温较低时浇筑。经多个工程实践证明，考虑到预拌机制砂混凝土和易性差些，浇筑竖向构件预拌机制砂混凝土时宜分层均匀布料，其分层厚度由天然砂混凝土规定的500mm减小到300～400mm较为合理，可有效保证密实度；并且剪力墙浇筑时水平方向按每间隔20延长米留设施工缝，可最大限度降低墙体表面出现竖向收缩微裂缝。深600mm以上的梁至少分2层及以上进行浇筑，每300～400mm分层较为合理，以保证梁混凝土能够振捣到位、密实；对于分层浇筑的大体积混凝土，分层厚度由天然砂混凝土规定的500mm减小到400mm较为合理，以便加快混凝土散热速度。在相对湿度较小、风速较大的环境条件下，应采取场地喷水、喷雾、挡风等措施，并应避免浇筑有较大裸露面积的构件。

2.3.4 混凝土振捣

预拌机制砂混凝土移动间距、时间应比天然砂混凝土适当缩小些：竖向及厚度大于200mm构件的振捣间距，从天然砂混凝土要求的“振捣器有效半径的1.5倍，移动间距400mm，每次振捣时间20～30s”适当调整为“振捣器有效半径的1.2～1.5倍，移动间距300～400mm，每次振捣时间15～20s”，震动棒“快振密插”，振捣后的混凝土密实不分层。较薄的平面结构采用平板振动器进行表面振捣，可以保证振捣到位。实践证明，为提高平面结构构件混凝土振捣效果，可在覆膜养护前使用提浆机进一步压实，以提高混凝土密实度。

2.3.5 加强混凝土养护

混凝土养护可采取薄膜覆盖、喷涂养护剂、覆盖土工布、喷雾、蓄水等方式，具体养护方式应根据现场条件、环境温湿度、构件特点、技术要求、施工操作等因素确定。采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥配制的混凝土养护时间不应少于7d；采用其他品种水泥时、采用缓凝型外加剂、大掺量矿物掺合料配制的混凝土、抗渗混凝土、强度等级C60及以上的混凝土、后浇带混凝土的养护时间不应少于14d；大体积混凝土养护时间应根据施工方案确定。养护期间应保持混凝土始终处于湿润状态。

3 实例分析

某水利工程施工使用机制砂，就地取材，对所在地区的5～10mm石灰岩颗粒进行冲击整形，生产出了近乎圆形的机制砂，生产工艺流程见图1。5～10mm的石灰岩小石子从集料斗通过输送带进入整形机，进入整形机的小石子被分成两股高速石子流，一股垂直向下，另一股水平高速旋出。在整形机内两股石子流发生两种作用：①石子流互相高速碰撞摩擦；②石子流与整形机内壁上的衬板碰撞研磨。小石子发生三个变化：①大石屑破碎变小；②石屑棱角被磨圆，针片状颗粒消失；③在研磨碰撞的过程中产生石粉。整形处理后的石屑经过振动筛、砂石粉分离机、吸尘器，最后成为干燥机制砂。为防止从输送带输出的机制砂大小颗粒产生离析，在拌湿机中加入3～4%的水，然后输出合格均匀的优质机制砂。

试生产时，振动筛上筛网的筛眼为5.0mm，生产出的机制砂细度模数很高，并且0.3mm筛通过百分率较低，唯一的优点是粒型接近圆形，见表1中的3#样品。通过分析认为首先应该降低较大筛孔的筛余才能将细度模数降下来，将筛眼换成2.5mm，机制砂的细度模数控制在了2.8左右，且0.3mm的标准筛通过百分率大于15%，非常适宜于制作泵送混凝土，见表1中4#样品。在砂石粉分离机中，调整旋粉机的转速，根据混凝土标号控制机制砂的石粉含量。

图1 制砂机生产工艺流程示意图

表1 机制砂样品筛分结果

随着生产时间的延长，表1中5#样品的细度模数下降0.1，又经过一段时间机制砂的细度模数已降到2.4左右。分析导致机制砂细度模数不断下降原因：打开振动筛上盖，发现振动筛的筛眼上粘附上了一层石灰石粉，经过清理后，机制砂细度模数又恢复到了2.8左右。因为石粉含有一定水分，潮湿的石灰石粉不断粘附筛眼造成。在以后的生产中，严格控制了5～10mm小石子的含泥量和含水率，使用干燥的原材料，已基本稳定住了机制砂的质量。机制砂中的石粉比表面积在360m2/kg以上，与普通水泥的比表面积基本相同，亦可作为混凝土的一种填料，特别对低标号泵送混凝土而言，大大提高了混凝土的和易性，改善了泵送性能。

由该工程可见，在机制砂工程中，需加强质量控制，才能保证机制砂质量，优化混凝土性能，实现对工程施工质量的有效控制，为工程整体建设奠定基础。

4 结束语

作为水利水电建设相关责任单位，为保证工程建设质量，需加强对施工现场的材料控制，这是质量管控的基础。随着水利水电基本建设事业的不断发展，机制砂在水工混凝土工程中的应用越来越广泛，就机制砂质量控制工作来说，需对施工现场机制砂进场质量、预拌混凝土生产企业以及机制砂混凝土施工实体质量进行巡查、抽查抽检，对于施工过程进行实时监督，严格遵循国家相关规程、规范进行机制砂混凝土的生产和施工，努力保证机制砂混凝土结构的整体性和耐久性。使机制砂更好地在工程建设中得到运用。

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TU528

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1004-7344（2016）31-0154-02

2016-10-20

余雪飙（1968-），女，汉族，云南晋宁人，工程师，大专，主要从事水利工程质量检测方面工作。