机制砂对混凝土性能影响分析

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1机制砂颗粒形态对混凝土的影响
在一般混凝土中砂所占的比例一般为30%－40%，所以砂对混凝土拌合物和硬化后性能都有重要影响。(1)机制砂一般为机械破碎而成，其表面多菱角，比天然砂粗糙，表面积大，堆积空隙率高，相比天然砂沙在配置相同和易性混凝土下需要增加用水量和胶凝材料用量。不同工艺制作出的机制砂颗粒也有较大差异，通常认为表面比较圆滑、针片状少的颗粒，配置的混凝土性能更加良好，或达到相同工作性能下，需要较少的浆体包裹，可减少用水量和胶凝材料用量。但在长期的试拌中发现，在同样水胶比和同等和易性下，多菱角颗粒堆积空隙率高增大了机制砂和浆体的接触面积从而更加牢固的粘结在一起，所以多菱角粗糙的颗粒对混凝土的抗压强度和抗折强度都有提高，同时也增大了混凝土的渗透性。(2)对于混凝土工作性质的影响而言，砂表面纹理的影响没有级配和颗粒形状的影响明显，但如果在相同级配和同样颗粒形状下，表面纹理也会影响颗粒的堆积空隙率，同样影响混凝土需水量和胶凝才料用量。相比具有光滑纹理的颗粒，纹理凹凸的颗粒在粒径变小时，堆积空隙率更大，同等条件下会使混凝土变得干稠工作性能变差，但如果在同等水胶比，且保证混凝土有良好的工作性能，表面纹理越粗亦可以提高颗粒与浆体之间更加牢靠的粘结，从而有利于提高混凝土抗压和抗折强度。但砂颗粒表面粗糙虽然有利浆体与砂粘结度的提高，但粗糙的表面同时也增加了表面的空隙率，也必将导致吸水率的增大，在混凝土硬化后颗粒表面与浆体之间水分蒸发，混凝土内部孔隙率增大导致抗渗性降低，可能导致混凝土强度与耐久性降低。(3)机制砂颗粒的级配对混凝土拌合物的工作性能以及硬化后强度和耐久性也起着举足轻重的作用。混凝土本身是一个混合材料的堆积体，经过水化硬化后形成一个可以承受抗压、抗拉、抗渗等性能的建筑综合材料。在机制砂代替天然沙掺入混凝土中，一方面机制砂与胶凝材料在前期形成润滑的浆体来包裹骨料支持混凝土的流动性，后期硬化成水泥石，另一方面来填充骨料间的空隙。如果颗粒级配连续相应堆积密度越大，所需填充的浆体越少，不仅能在能在前期得到较好的流动性还能够在后期提高混凝土的抗渗性能和耐久性，从而减少混凝土的收缩和徐变，如果级配不连续或有断粒级则密实度下降，不利于后期强度和混凝土耐久性。
2机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响
对于天然砂形成而言，主要是岩石被风化或受河水长期冲刷所产生，其较细颗粒75um以下多含有泥粉、黏土、云母及有机质等杂质，这些物质都大多比较惰性，不仅造成混凝土需水量增加而且会阻碍水泥石的水热，还会阻碍水泥石与集料之间的粘结从而导致混凝土后期出现裂纹。但机制砂中小于75um的石粉为机制砂生产过程中的副产物，其性质与母岩完全相同，因此机制砂和天然砂中的泥粉要区分对待。截止目前很多学者关于石粉含量对机制砂混凝土性能的研究结果大相径庭，一部分认为:石粉相比天然砂增大了混凝土需水量导致混凝土较干稠和易性差，另一部分认为:石粉含量对机制砂混凝土和易性影响存在一个度的问题，影响混凝土和易性的利弊取决于石粉含量的把控。国家建委四局建筑科学研究所的实验结果表明:“灰砂比较大，水灰比较小时，粉末含量增加，稠度下降;灰砂比较小，水灰比较大时，砂浆和易性反而大大改善”。吴明威等人研究研究了机制砂中0.08mm石粉对混凝土拌合物的影响，认为石粉时一种惰性掺和料，颗粒细小，补充了混凝土中缺失的颗粒，增大了固体表面积对水体积的比例，从而减少了泌水和离析，而且石粉和水泥及水形成柔软的浆体，增加了混凝土的浆体量，从而改善混凝土的和易性。李亚杰在《建筑材料》中也有关于人工砂石粉含量的描述:“人工砂粗颗粒一般含量较多，当将细度模数控制在中砂范围内时，若小于0.16mm的石粉含量过少，往往会使混凝土拌合物的粘聚性较差;但若含量过多，又会使混凝土用水量增加并会影响强度和耐久性。固石粉含量一般控制在6%－12%之间。”因此机制砂中石粉对混凝土性能的影响应该取决于机制砂的级配和配比中的灰砂比和水灰比。
3机制砂MB值对混凝土性能的影响
机制砂MB值是国际上确定机制砂中所含细料还是泥粉的一个重要指标。机制砂是由岩石破碎而成，在母岩的采集中难免将山体中泥土等杂质带入，导致机制砂中0.075mm以下颗粒中含有部分泥粉，泥粉对混凝土的影响有害无利。泥粉在混凝土中有两大不利特征:其一，泥粉颗粒细小表面积大;其二，其中所含黏土类矿物质吸水性强。同条件下泥粉含量增加，第一，使集料表面积增大，原有浆体不能完全包裹集料集料，水泥石不能完全与集料粘结影响混凝土抗压及抗折强度;第二，石粉中粘土类矿物质吸水性强体积不稳定，使混凝土拌合物变的干稠不利于施工性，后期影响水泥石水化热降低混凝土强以及增大混凝土干缩性。袁杰等人的研究表明:“泥粉含量对不同强度等级混凝土强度的影响是不同的，对低强度等级混凝土的影响不大，而对高强混凝土强度的影响较大，随粘土含量的增加，C30混凝土的抗压强度降低不明显，而C60混凝土抗压强度降低16%。同时，砂中泥粉含量的增加，混凝土抗渗性逐渐变差，混凝土干缩值增大”。研究还表明，当泥粉含量小于3%时，泥粉含量对混凝土的收缩的影响随着泥粉含量的增加而增长的比较缓慢，但当泥粉含量超过3%时，泥粉含量对混凝土的影响将快速增长。Ahn等人还对亚甲蓝值与抗压强度的关系进行了统计，总结出了一个关系式:y=9881－4942x+964x2(x代表被修正的亚甲蓝值，y代表砂浆28天立方体抗压强度)，总体来说，随亚甲蓝值增大，混凝土抗压强度下降。
4结语
机制砂母岩成分的不同，破碎方式的差异，颗粒形态、表面纹理、级配、石粉含量、MB值及混凝土配比的变化，给机制砂的使用造成相当阻碍，笔者从这些方面分析其对混凝土性能的影响，希望能为机制砂的广泛使用提供有利参考。