機制砂的特性

根據GB/T14684—2011《建築用砂》規定，機制砂（人工砂）不包括軟質、風化的顆粒，而是指粒徑不超過4.75mm，並且經過除土處理、機械破碎、篩分製成的岩石、礦山尾礦或工業廢渣顆粒。機制砂目前的細度模數一般在2.6～3.6之間，屬於中粗砂，含有一定量的石粉，不但顆粒級配不規則，而且表面粗糙，稜角尖銳。但是機制砂的顆粒和級配並不是固定的，影響因素有很多，比如各地生產礦源、加工設備、工藝等，但只要是符合規定的機制砂，技術指標都過關，就可以用在混凝土中。由機制砂本身的特點所決定，即使是跟級配和細度模數都一樣的天然砂比較，甚至配比設計、其他材料成型養護條件都一樣，用機制砂配置的混凝土的特點是：如保持坍落度不變，則需水量增加；坍落度減小，28d標準強度提高。如果在混凝土配比設計時按天然砂的規律，機制砂的需水量很大，而且和易性比較差，還容易產生泌水，最明顯的是在水泥用量少的低強度等級混凝土中。

機制砂配製混凝土的幾個誤區

石粉的作用

長期以來，由於石粉和泥都是砂中粒徑小於0.075mm的顆粒，在沒有引入亞甲藍試驗方法以前，缺乏鑑定的依據。一般認為石粉是對混凝土有害的，因為缺乏科學的瞭解，人們都以為石粉不能加以利用。有的地方甚至不惜浪費時間、精力和錢財，想盡辦法來除去砂中的石粉。其實，許多的國內外專家都認為，混凝土中加入適當的石粉是有好處的。機制砂混凝土中的石粉的作用有三個，分別是：

①水化作用：有研究表明，水化早期形成的鈣礬石會在後期向單硫型硫鋁酸鈣轉化，這會降低水泥石的強度，但是加入含有碳酸鈣的石粉，就可以有效解決這個問題；另外，石粉是以碳酸鈣為主的，而碳酸鈣可以和C3A發生水化反應，形成水化碳鋁酸鈣，從而提高了混凝土的強度。

②填充作用：石粉可以填充混凝土中的空隙，充當混凝土的填料，以此增加混凝土的密實度，從而起到惰性摻合料的作用。對於膠凝材料用量少、拌合物性能差的特點，只要使用中、低強度等級的機制砂混凝土，就可以得到有效的彌補。《山砂混凝土技術規程》DBJ52-016-2010中對C50～C55強度等級的山砂混凝土（砂率37%～45%），提出石粉不能超過7%，這是因為石粉含量和膠凝材料的總量（混凝土的細粉含量）不能超過550kg/m3。（注：山砂屬於機制砂的一種，《山砂混凝土技術規程》DBJ52-016-2010中特指公稱粒徑小於5.00mm的，碳酸鹽類岩石經除土開採、機械破碎、篩分而成的岩石顆粒。）

③保水增稠作用：機制混凝土中有石粉，可以降低混凝土拌合物離析和泌水的風險。因為石粉可以吸收混凝土中的用水，無形中增加了混凝土的單方用水量，所以石粉含量越高，混凝土的粘度就越大；另外，加入石粉也可以減少混凝土的收縮，補償混凝土後期水化用水，因為，即使混凝土硬化了，以前被石粉吸收的水分也會漸漸釋放。

研究發現，石粉含量應該適量。機制砂中石粉的主要成份為碳酸鈣，但水化作用並不是無限的，也要受限於水泥的成份。如果石粉含量過高，不利於集料與水泥石的粘結，因為水泥石中或界面過渡區會出現遊離態的石粉，從而降低混凝土性能。另外，石粉含量超過一定限值後，不利於混凝土的耐久性能，因為單方石粉承擔的保水量明顯減少，幹縮明顯變大。綜合各種研究，一般C50以下混凝土石粉含量應控制在10%～15%，而C50以上混凝土石粉含量應該不超過10%。

泵送機制砂混凝土配合比設計

單方用水量

河砂由於自身的特性，顆粒比較光滑，自身的內摩擦力小，在混凝土中顆粒間絞合力較小，對水的需求量相對機制砂相對較小。而機制砂表面粗糙，稜角多，造成在混凝土中顆粒間絞合力較大。由於機制砂泵送混凝土黏度較河砂混凝土大，施工坍落度一般保持在180～220mm，其單方用水量一般在175～185kg/m3左右，這與河砂混凝土較低的用水量是截然不同的。在相同的坍落度時，如使用較低的用水量，必然導致外加劑超摻，從而導致機制砂混凝土流動性大，但粘性大，泵送性差，經常出現施工現場上加水來降低粘度，導致預拌混凝土的質量無法保證。因而，做機制砂配合比設計時，不能過度的追求使用外加劑降低機制砂混凝土的單方用水量，機制砂混凝土單方用水量應設計的比河砂混凝土略大。

砂率

一般而言，為提高產能，生產出的機制砂多為中粗砂，砂的細度模數一般在2.6～3.6，1.18mm以上的顆粒較多，較差的機制砂1.18mm以上的顆粒佔到了50%～70%，砂中0.315mm的組分在8%～13%波動。我國多數工程實踐表明，採用中砂適宜泵送，砂中通過0.315mm篩孔的數量對混凝土可泵性影響很大。日本泵送混凝土規程規定為10%～30%，美國混凝土協會推薦的細骨料級配曲線建議為20%；國內工程實踐亦證明，此值過低輸送管易堵塞，上海、北京、廣州等地泵送混凝土施工經驗表明，此值都在15%以上。JGJ/T10-95《混凝土泵送技術規程》規定，細骨料應符合《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》規定，通過0.315mm篩孔的砂不應少於15%，有良好的連續粒級。但一般的砂場生產出的機制砂0.315mm略顯不足，同時1.18mm以上的偏多，這對配製泵送的機制砂混凝土帶來了一定的難題。

一般通常採用的方法是適當提高砂率，增加0.315mm的顆粒的數量，以保證機制砂混凝土的可泵性。然而，現在配製機制砂泵送混凝土也存在一個誤區，認為砂率越大越好施工，C15～C30低標號混凝土砂率都已經達到了驚人的60%～70%。應該選擇適宜的砂率，在做機制砂混凝土配合比設計時，如果砂率過大，雖然保住了工作性，但新拌混凝土的早期收縮就增加了，容易出現塑性開裂等問題，在夏季溫度比較高的時候表現的更為明顯。通常為保證機制砂混凝土的可泵性，同時保證配製混凝土的經濟性，配製機制砂泵送混凝土一般要比河砂混凝土高5%～10%的砂率。

結語

隨著國家建設的蓬勃發展，河砂資源愈發緊缺，機制砂泵送混凝土應用將會越來越多。機制砂由於存在著規格不一、砂兩頭粗、中間級配少、表面粗糙、石粉含量偏高、需水量較大等缺陷，在混凝土配製技術上和河砂略有差異。因而在配製機制砂混凝土時，混凝土技術人員不能生搬硬套河砂混凝土配製的方法，對石粉的作用、單方用水量、砂率這三個可能走進的誤區應加強認識，從而配製出經濟性、工作性、耐久性良好的機制砂混凝土。