利用機(jī)制砂配制混凝土有什么特性

天然砂與機(jī)制砂形成方式不一樣，機(jī)制砂由人工機(jī)械破碎而成，因而其其顆粒形貌多棱角、表面粗糙，加上石粉含量好的特點(diǎn)，與在自然條件作用下形成的天然砂對(duì)比具有有較大的區(qū)別，至今國內(nèi)外科研人員做了大量有關(guān)于機(jī)制砂混凝土方面的試驗(yàn)研究工作。下面主要介紹國內(nèi)外有關(guān)機(jī)制砂混凝土的工作性、力學(xué)性能、耐久性和體積穩(wěn)定性方面的相關(guān)研究概況。

由于機(jī)制砂與天然砂在生產(chǎn)工藝的差異，導(dǎo)致它們?cè)诩?jí)配、顆粒形狀、粗細(xì)程度及0.075mm以下顆粒的含量有明顯的區(qū)別。現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝很難滿足規(guī)范對(duì)石粉的要求，我國規(guī)范對(duì)石粉的含量的僅對(duì)上限做了規(guī)定，而忽略了當(dāng)機(jī)制砂石粉含量過低時(shí)，就會(huì)造成新拌混凝土極易泌水、離析，特別是低強(qiáng)度的混凝土。通過改變石粉含量配制不同強(qiáng)度混凝土用的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)石粉含量的變化會(huì)影響高、低強(qiáng)度等級(jí)混凝的工作性，提出機(jī)制砂石粉含量應(yīng)有一定的含量，并建議現(xiàn)行的機(jī)制砂標(biāo)準(zhǔn)中石粉含量給出范圍值，而不是小于某個(gè)界限。不過對(duì)石粉的含量界限的研究處于百家爭(zhēng)鳴狀態(tài)，有些認(rèn)為石粉含量的增加會(huì)導(dǎo)致需水量的增加，認(rèn)為混凝土的坍落度隨著石粉含量的增加而降低。另一些研究在則認(rèn)為石粉不會(huì)增加需水量，反正混凝土的用水量隨著石粉含量的增加而降低。最多的觀點(diǎn)則認(rèn)為機(jī)制砂石粉含量存在一個(gè)最佳范圍，認(rèn)為石粉可在一定程度上改善混凝土的保水性，防止新拌混凝土用泌水與離析。

現(xiàn)行的普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范依舊用細(xì)度模數(shù)來確定砂的一些參數(shù)。許多研究人員認(rèn)為，細(xì)度模數(shù)已經(jīng)不能準(zhǔn)確的指導(dǎo)含粉體系機(jī)制混凝土的配制，不能直接配制出工作性優(yōu)良的混凝土。認(rèn)為可以將比表面積作為機(jī)制砂的一項(xiàng)控制指標(biāo)，從而更加準(zhǔn)確的表征機(jī)制砂的表面特征和粒形。也有采用數(shù)值圖形處理技術(shù)，引入新的表征參數(shù):棱角性指數(shù)、長寬比及豐滿比。

試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在不摻加外加劑時(shí)，機(jī)制砂取代部分天然砂會(huì)導(dǎo)致新拌混凝土工作性性變差，但隨著外加劑的摻入，工作性被逐漸改善。提出施工時(shí)機(jī)制砂混凝土應(yīng)適當(dāng)縮短振搗時(shí)間，這是由于機(jī)制砂混凝土比天然砂混凝土更容易液化，避免過振而造成的泌水與離析。

眾所周知，在相同條件下用機(jī)制砂所配制的混凝土強(qiáng)度將略高于天然砂。幾乎所有的研究者都認(rèn)同由于機(jī)制砂的多棱角性提高了水泥界面的咬合力從而提高了強(qiáng)度，但是在石粉在水泥的水化過程中是否具有活性還存在爭(zhēng)議。認(rèn)為石粉是惰性的，他們通過XRD和SEM測(cè)試水泥與不同巖性的石粉水化反應(yīng)后的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，石粉對(duì)水泥石的微觀結(jié)構(gòu)并未產(chǎn)生明顯影響，普通機(jī)制砂混凝土力學(xué)性能得以改變的主要原因是:石粉含量的變化引起機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)及最終一種對(duì)混凝土顆粒級(jí)配優(yōu)化的結(jié)果。認(rèn)為石粉并非完全惰性，在水泥的水化進(jìn)程中，石粉(石灰?guī)r，主要成分為碳酸鈣)能與水泥中C4AF和C3A發(fā)生進(jìn)一步的微弱的水化反應(yīng)，生成新的水化產(chǎn)物(水化碳鋁酸鈣)，生成的水化碳鋁酸鈣不僅改善了水泥石界面結(jié)構(gòu)還填充了內(nèi)部的孔隙，從而提高了混凝土的強(qiáng)度。采用石粉取代部分水泥發(fā)現(xiàn)，只有一小部分的石粉能阻止鈣礬石向單硫型水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)變，并與C3A發(fā)生反應(yīng)生成水化碳鋁酸鈣。取代水泥的絕大部分石粉僅僅起一種微集料的作用，依舊是惰性。

人在保持水泥用量和砂率不變的情況下，機(jī)制砂對(duì)天然砂分別采用0,30%,50%, 70%,100%的取代率，通過比較分析發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度優(yōu)于天然砂，機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著取代率提高而提高，并確定了該機(jī)制砂的最佳取代率為50%。通過正交設(shè)計(jì)優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用機(jī)制砂與天然砂6:4比例復(fù)配作為混凝土的細(xì)集料時(shí)，配制的機(jī)制砂混凝土能夠達(dá)到高性能混凝土的性能指標(biāo)的要求。并且與天然砂相比，機(jī)制砂混凝土的力學(xué)性能均優(yōu)于天然砂混凝土。他認(rèn)為一定的石粉含量能使混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔得到進(jìn)一步的填充，混凝土更加密實(shí)，而且改善骨料與水泥漿的界面結(jié)構(gòu)，使得機(jī)制砂混凝土比在相同條件下的天然砂具有更大的斷裂能，因而造成機(jī)制砂混凝土的力學(xué)性能優(yōu)于天然砂混凝土。研究發(fā)現(xiàn):機(jī)制砂之所以能提高混凝土的力學(xué)性能主要原因是，由于機(jī)制砂中的石粉能改善混凝土內(nèi)部骨料與水泥漿的界面，并能改變混凝土晶相的程度。

將石粉在混凝土的中的作用類似于粉煤灰的礦物摻合料，通過對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土工作性與力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，在混凝土中摻加15%~22.5%的石粉作礦物摻合料是完全可行的，并且發(fā)現(xiàn)石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響與II級(jí)粉煤灰類似。