２０１７年第２期 黑龙江交通科技 Ｎｏ．２，２０１７ （总第２７６期） ＨＥＩＬＯＮＧＪＩＡＮＧ ＪＩＡＯ—ｒＯＮＧ ＫＥＪｌ （Ｓｕｍ Ｎｏ．２７６） 机制砂及机制砂混凝土研究应用现状综述 刘贞鹏，王 晶，陆芳，覃宏海 （广西交通职业技术学院路桥工程系，广西南宁５３０２１６） 摘要：鉴于机制砂与天然砂材料特性及在混凝土中应用的不同，对机制砂特性、生产工艺、质量标准，机 制砂混凝土配合比设计，尤其是机制砂中石粉含量及特性对混凝土性能影响的研究应用现状进行了综 述，对存在问题进行了分析。 关键词：机制砂；机制砂混凝土；现状；综述 中图分类号：Ｕ４１６．１ 文献标识码：ｃ 文章编号：１００８—３３８３（２０１７）０２—００２０—０２ １ 引 言 性，同时石粉还会增加浆体粘滞性，减少拌合物泌 水离析现象。实际上，石粉对机制砂混凝土拌合物 随着天然砂的日渐短缺，机制砂替代天然砂已 工作性的影响既有正效应也有负效应，石粉含量不 成为混凝土行业可持续发展的必由之路。天然砂 同时，石粉的正效应与负效应大小也不同，存在一 是自然生成、经人工开采和筛分得到的粒径小于 个最佳的石粉含量，但对不同强度等级混凝土而 ４．７５ ｍｍ的岩石颗粒，其中粒径小于０．０７５ｍｍ的称 言，石粉的最佳含量不同。机制砂中适量的石粉还 为泥；而机制砂主要是经除土处理，由机械破碎、筛 可以增加混凝土拌合物的密实性和稳定性，从而提 分制成的粒径小于４．７５ ｍｍ的岩石颗粒，其中粒径 高混凝土的强度和抗渗性能，对混凝土的体积稳定 小于０．０７５ ｍｍ的称为石粉。机制砂的材料特性与 性也大有益处，并且石粉的存在基本不影响矿物掺 天然砂有很大的区别，这也使机制砂混凝土在性能 合料对混凝土的作用效果。 表现、配合比设计及生产、施工等方面与天然砂混 关于石粉在水泥水化过程中是否具有活性，意 凝土存在较大差异。 见也不统一。多数人认为石粉没有活性，不参与水 尽管国内外已对机制砂及其在混凝土中的应 泥的水化反应，也有人认为石粉具有晶核效应和微 用进行了众多研究，并在工程实践中得到了广泛运 弱活性，一方面石粉微粒在水泥水化过程中起晶核 用，但是在机制砂生产工艺、质量标准，石粉活性、 作用，诱导水化产物析晶，促进水泥水化；另一方面 与外加剂相容性、对混凝土性能影响以及机制砂混 石粉本身可与Ｃ，Ａ反应生成水化碳铝酸钙，还能抑 凝土配合比设计等许多方面仍存在较大争议，本文 制水化早期形成的钙矾石向单硫型硫铝酸钙转化， 简要地对机制砂及机制砂混凝土的研究应用现状 从而提高水泥基材料的强度，并认为石粉活性主要 进行了总结，对存在问题进行了分析，以期为机制 决定于碳酸盐矿物成分的含量，在水泥水化早期表 砂在混凝土中的推广应用提供一些指导和启发。 现较为明显而后期不明显。客观来说，即便石粉并 非完全Ｉ隋性，也不同于活性矿物掺合料，在混凝土 ２石粉含量及特性 中更多地表现为微集料的填充效应，优化混凝土的 机制砂的生产过程中不可避免地会产生一定 孔结构，使混凝土更均匀，增加浆体和界面过渡区 数量的石粉，机制砂中的石粉不同于天然砂中的 的密实性，提高混凝土强度，但当石粉含量过高时， 泥，其矿物成分与机制砂母岩相同，主要由０．０４～ 水泥石或界面过渡区中出现游离态的石粉，则将不 ０．０７５ｍｍ的微粒组成，构成机制砂的微细级配，是 利于集料与水泥石的粘结，降低混凝土性能。 机制砂的重要组成部分。石粉含量及特性对机制 机制砂石粉中往往含有部分泥粉，由此导致机 砂混凝土性能的影响，是机制砂混凝土研究的核心 制砂对外加剂的反应比天然砂更为敏感，随着ＭＢ 内容。 值的提高，机制砂对外加剂尤其是聚羧酸系减水剂 石粉对机制砂混凝土拌合物工作性的影响，目 的吸附增强，混凝土工作性及体积稳定性劣化显 前还没有形成一致的结论，有人认为石粉增大了机 著，严格控制石粉中的含泥量可以提高机制砂与外 制砂的比表面积，增加了需水量，对工作性不利；有 加剂的适应性，这也是众多混凝土工程长期以来限 人认为石粉增加了浆体，填充了颗粒间的空隙，降 制石粉含量的重要原因，在ＭＢ值满足国标要求的 低了颗粒间的摩阻力，从而可以改善拌合物流动 前提下可以适当放宽石粉含量限值。 收稿日期：２０１６—０５—１２ 作者简介：刘贞鹏（１９８９一），男，山东费县人，主要从事筑路材料相关的教学和研究。 ・２０・ 第２期 刘贞鹏，王晶，陆芳，等：机制砂及机制砂混凝土研究应用现状综述 总第２７６期 ３机制砂特性 制砂并非“越干净越好”，适量的石粉对中低强度等 级混凝土是有益的。 机制砂由机械加工而成，其材料特性与天然砂 现行国标仅对石粉含量上限作了规定，而忽略 有较大不同，机制砂大多级配较差，呈现出“两头多 了当石粉含量过低时，机制砂混凝土拌合物极易泌 中间少”的特点，２．３６ ｍｍ以上及０．０７５ ｍｍ以下颗 水、离析，普遍认为机制砂的石粉含量存在一个最 粒偏多，而水洗后又导致０．６ ｍ／１，ｌ以下颗粒不足，使 佳范围，规范可以对石粉含量给出范围值，而不是 机制砂混凝土拌合物工作性不良。余川认为机制 小于某个限值，同时在不同混凝土用途、不同强度 砂良好的级配曲线形状是拉伸的正ｓ形，下凸形次 等级等情况下，机制砂中石粉的最佳含量及最高限 之，拉伸的反Ｓ形和上凸形最差。 值应当有所区别，认为高强度等级混凝土中石粉含 机制砂往往表面粗糙、多棱角，相同级配的机 量可以采用国标的要求，而低强度等级混凝土要求 制砂棱角性及空隙率均大于天然砂，这一方面会增 １０％则过于苛刻，很难满足低强度等级混凝土的配 大混凝土拌合物的屈服应力而降低和易性，另一方 制要求。应综合石粉对机制砂混凝土性能的影响 面则会加强细集料与浆体的粘结而提高混凝土的 规律，更加科学合理地确定机制砂中所允许的石粉 强度与体积稳定性，机制砂混凝土抗压、抗拉强度 含量，同时当前规范对石粉特性的表征较为简单 均高于天然砂混凝土，干缩率小于天然砂混凝土。 （粒径和ｌＶＩＢ值），应采用多元化指标表征并探明其 不过当前关于机制砂特性与机制砂混凝土性能的 特性。 研究多局限于石灰岩机制砂，对其他岩性机制砂的 研究较少。另外对高强高性能机制砂混凝土的研 ５机制砂混凝土配合比设计 究较少，对机制砂混凝土长期性能的研究不充分， 当前机制砂混凝土的配合比设计理论及方法 且研究成果存在争议，导致机制砂在重要混凝土工 还不成熟，多数还是沿用天然砂混凝土的配制方 程中较少使用，这也成为制约机制砂混凝土发展的 法，只是简单地通过适当提高砂率等方式改善混凝 关键所在。 土拌合物工作性，而忽视了机制砂与天然砂之间的 要解决机制砂混凝土拌合物工作性较差的问 一些本质区别。已有一些研究者对机制砂混凝土 题，必须保证良好的机制砂品质，包括粒形合理、级 配合比设计方法进行了积极探索，比如西南交通大 配良好、石粉含量适宜、含泥量低等，这需要选择良 学李固华教授在普通混凝土配合比设计和高性能 好的制砂设备及合理的制砂工艺。 混凝土全计算法配合比设计的基础上提出了粉体 当量体积法。该方法把胶凝材料和粒径小于 ４机制砂生产工艺及质量标准 ０．０７５ ｍｍ的其他材料（包括石粉）一起作为粉体， 天然砂的级配、细度模数等指标天然形成，较 针对不同粉体对混凝土拌合物和易性的不同影响， 难控制，而机制砂生产可控性强，其级配、细度模数 引入当量系数的概念，即在规定的浆体稠度下，各 及石粉含量等指标在一定范围内均可控，但由于我 种粉体单位体积用水量与水泥单位体积用水量之 国当前缺少优良制砂工艺的研究，多数机制砂生产 比，在计算粉体当量总体积时，粉体体积要乘以当 企业工艺简单、管理水平低下，不愿增加工艺及成 量系数，采用合理的粉体当量总体积即可较好地解 本对相关基本指标进行控制，机制砂普遍粒形较 决低强度等级机制砂混凝土拌合物工作性差的问 差、级配不良。其实机制砂与天然砂的本质区别就 题。 在于其多项指标都是可以控制并且需要控制的。 ６结语 机制砂石粉中含泥量过高会影响混凝土拌合 物工作性及硬化混凝土强度、耐久性，含泥量 机制砂在混凝土中的应用越来越广泛，但机制 多数采用水洗方法，但水洗（除土处理）应在原料加 砂及其石粉特性对混凝土性能的影响仍存在较多 工前进行，即采用水洗后的岩石加工机制砂，加工 争议，导致机制砂质量标准较难执行。应全面认识 后尽可能保留和利用机制砂中的石粉，而不是加工 机制砂与天然砂的不同，准确表征其材料特性，系 后再盲目水洗，否则会带走很多粒径大于０．０７５ ｍｍ 统研究这些特性对混凝土性能的影响，尤其应加强 的颗粒，破坏机制砂的自然级配。 机制砂生产工艺的研究，提高机制砂产品质量，促 未经处理的机制砂一般含有至少１０％的石粉， 进机制砂在混凝土行业中的持续健康发展。 通常采用亚甲蓝试验定性表征石粉中含泥量的高 参考文献： 低，规范根据ＭＢ值对石粉含量限值作了规定，最高 ［１］ 李北星，周明凯，等．石粉与粉煤灰对Ｃ∞机制砂高性 不超过１０％，尽管也注明了在试验验证的基础上， 能混凝土性能的影响［Ｊ］．建筑材料学报，２００６．８，９ 允许供需双方根据使用地区和用途协商确定，但在 （４）：３８１—３８７． 工程应用中，对石粉含量的这种严格规定客观上加 ［２］ 王稷良．机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究 ［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００８． 剧了人们对石粉在机制砂混凝土中作用的误解，同 ［３］蔡基伟．石粉对机制砂混凝土性能的影响及机理研究 时也不利于机制砂的生产及推广应用。实际上机 ［Ｄ］．武汉：武汉理工大学，２００６． ．２】．
