机制砂高性能混凝土（第二版）

砂作为混凝土重要的组分随着建筑工程的日益增多，用砂量也逐年增长。伴随着河道禁采，河砂供应量逐渐减少，机制砂代替天然河砂已是趋势和现实。目前，国内的机制砂五花八门，只要经过机器生产，都统称为“机制砂”，例如有些地方将碎石场下脚料作为机制砂出售。国家标准GB/T14684－2011《建设用砂》把由经除土处理的机制砂和混合砂都称人工砂，执行人工砂的技术要求和检验方法。

（一）碎石场下脚料当机制砂

采用专业化生产的机制砂是利用专业制砂设备通过装棒量、棒的级配、进料量、料浆浓度、进料粒径等参数的调整，按生产的需要，控制机制砂的粒形、细度模数和颗粒级配等，并配有整形设备生产出来的机制砂颗粒级配、粒形好，这种机制砂往往是价格较高的精品砂。专业生产出来的机制砂虽然质量优良，便于混凝土生产控制，但由于价格的原因，市场接受程度不高。大量充斥着市场的是碎石场下脚料。

由于机制砂与河砂的形成方式的差异，造成机制砂与天然河砂最大的差别就是机制砂中含有一定量的石粉含量。使用碎石破碎生产的机制砂中含有的石粉一般含泥量较小，但将碎石场下脚料直接作为机制砂出售的所谓“机制砂”，受生产碎石“毛料”（生产碎石的大块石头）质量的影响较大。若“毛料”中含泥量、泥块含量较大，碎石生产过程中，筛分后的碎石场下脚料自然含泥量较高，只是与碎石专业生产机制砂的石粉有本质区别的。由于精品的机制砂因价格原因不被市场接受，造成使用碎石场下脚料“机制砂”的用户含泥量波动大，质量难以控制，集中体现在用水量居高不下，外加剂用了超量使用，混凝土坍落度损失难以控制，有些混凝土企业通过增加水泥用量勉强控制住混凝土设计强度，但混凝土裂缝严重，裂缝出现时间提前（路面收光后就出现大面积开裂），甚至采用覆盖养护也难以控制裂缝。

专业生产的机制砂虽然所含石粉的矿物组成与化学成分完全与被加工的母岩相同，这种石粉与碎石场下脚料中石粉粒径像似，但成分完全不同。机制砂中的石粉可以弥补低强度等级混凝土中胶凝材料偏低的缺陷，提高混凝土抗离析、泌水能力。同时，石粉还可以调节胶凝材料级配，提高混凝土的密实性。但若机制砂中石粉含量过大也会使混凝土用水量增加，收缩增大，但这些不利影响可以通过调整配合比改善，不像泥粉危害至深、难以控制。

（二）颗粒粒形与级配

目前商混站使用的机制砂由机械破碎获得，粒形多呈长方体、三角体或片状，表面粗糙、多棱角。机制砂表面粗糙有利于提高水泥浆体与其粘结能力，但较大的比表面积和粗糙的表面使得用水量增加，为克服颗粒间摩擦力，提高流动性，骨料表面浆体厚度增加。

机制砂的级配也很不合理，一般表现为“两头大，中间小”，即＞2.36mm和＜0.15mm的颗粒偏多，特别是0.3mm～1.18mm的颗粒偏少，有时甚至出现某一粒级断档。部分机制砂粗颗粒太多，大于2.36mm颗粒超标严重，甚至累计筛余超过45%，<0.15的颗粒超过10%，而中间颗粒（0.30mm～1.18mm）偏少在30%左右。用这样的机制砂拌制的混凝土拌合物和易性较差，甚至出现泌水现象，而适量石粉的存在，则在一定程度上弥补了这一缺陷。

（三）机制砂配合比设计中存在的问题

（1）配合比设计

现在配制机制砂混凝土时，只是简单地参照普通混凝土的配制方法，缺乏机制砂混凝土配合比设计理念，对配制机制砂混凝土中的一些敏感因素（如外加剂种类及掺量、矿物掺合料以及砂率、石粉含量等）及相互之间的关联缺乏实质性的研究。

（2）工作性能

机制砂与天然砂相比，机制砂有级配差、细度模数较大，表面粗糙、颗粒尖锐有棱角等特点，在加上机制砂的吸水性大于天然河砂，一般而言天然河砂饱和面干时含水量1%左右，而机制砂饱和面干时含水量接近2%，这都造成混凝土用水量偏高，坍落度损失大。骨料和水泥之间的粘结增加，使混凝土拌合物的阻力增大，机制砂混凝土工作性能差，流动性不良。在配制机制砂混凝土时，应适当提高砂率，增加用水量，以改善混凝土的工作性。

（四）机制砂混凝土配合比设计需要考虑的几个问题

机制砂具有自身的特点，在配合比设计时应充分考虑其特点，有的放矢，调整传统河砂配制混凝土思路优化机制砂混凝土配合比。因此在配合比设计时做以下探索：

（1）机制砂中石粉不同于泥粉且含量较大，使得混凝土中粉状级别材料从传统的“水泥+矿粉+粉煤灰”等演变成“水泥+矿粉+粉煤灰+石粉”等，设计配合比时应将胶凝材料重新设计。机制砂中的石粉可以考虑替代部分矿物掺合料起填充作用，配合比设计时可以考虑部分替代粉煤灰。在实践使用中应注意量的把握，取代量尽量不超过15kg/m³。

（2）机制砂细度模数偏高时，粒径较大的部分在配合比设计时可以将其作为部分粗骨料考虑，调整粗骨料级配。考虑到机制砂表面粗糙，级配不好，设计配合比时可以适当提高砂率3%～5%改善砂浆对粗骨料的包裹，减少“浆石分离”现象。

（3）石粉含量的偏多，配合比设计时其对外加剂的物理吸附也应有所考虑。此外，针对机制砂调整外加剂配方，如适当复配引气剂改善和易性。

（4）机制砂表面粗糙，表面面积增加，造成用水量较河砂偏高增加5～8kg/m³,其优良的粘结性能并不会使混凝土强度降低。