第一作者：郑佳仪（2002年7月），女，汉族，福建福州人，本科，主要研究方向：水泥基材料。

摘要：机制砂有着良好的应用前景，有利于基础设施建设的可持续发展，但影响机制砂混凝土性能的因素较多。本文总结分析了影响机制砂混凝土性能的因素，对机制砂混凝土配比研究有一定的意义。

关键词：机制砂，混凝土，强度，工作性

0引言

混凝土是世界上用量最大的建材产品[1]。目前，我国每年用于制作混凝土的砂的用量高达20亿吨。天然砂具有分布不均和短期内不可再生的特点。[2]大量开采天然砂会破坏生态环境。机制砂的原材料来源广泛，天然石料、鹅卵石、废石料和尾矿均可作为其母岩。[3]机制砂可采用大规模机械化生产，用其配制的混凝土质量稳定。[4]因此，采用机制砂代替天然砂作为混凝土的细骨料成为了混凝土研究的重要方向。但机制砂细度模数大、石粉含量高、多棱角、颗粒粗糙等特点使得相同配比时机制砂混凝土的工作性能比普通混凝土差;机制砂级配不理想导致机制砂混凝土的次骨架结构不够稳定，进而使得机制砂混凝土的体积稳定性不如普通混凝土。[5]本文总结分析了影响机制砂混凝土性能的因素，对机制砂混凝土配比研究有一定的意义。

1石粉含量对机制砂混凝土性能的影响

与天然砂相比，机制砂中含有大量石粉。机制砂混凝土中石粉含量存在一个最优值，该最优值由机制砂本身的特性（如级配和颗粒形状等）和混凝土配合比决定。当石粉含量低于最优值时，机制砂混凝土的塌落度随着石粉掺量的增大而增加;当石粉含量高于最优值时，机制砂混凝土的塌落度随着石粉含量的增大而减小。一方面，石粉含量的增大提高了机制砂混凝土中浆体的比例，降低了粗骨料间的摩擦系数，提高了机制砂混凝土的流动性;另一方面，当石粉含量过大时，导致机制砂混凝土中浆体的比例过大，浆体的塑性粘度使得机制砂混凝土的流动性降低。当石粉含量低于最优值时，前者为主导因素;当石粉含量高于最优值时，后者为主导因素。[6]此外，石粉的比表面积较大，其表面能吸附较多的水，使得机制砂混凝土的保水性优于普通混凝土。

机制砂混凝土中的水泥发生水化反应时，一方面，石粉的“晶核效应”会使得水化反应速率加快[7];另一方面，石粉的粒径较小，能填充水泥石中的孔隙，降低机制砂混凝土的孔隙率;此外，石粉还能提高机制砂混凝土界面过渡区的密实度[8]。二者都有利于机制砂混凝土强度的提高。但由于石粉的活性较低，当石粉含量过高时，会因单位截面积C-S-H凝胶数量减少而使得机制砂混凝土强度降低。因此，对于机制砂混凝土强度而言，也存在一个石粉含量的最优值。当石粉含量低于最优值时，机制砂混凝土强度随着石粉含量的增大而提高;当石粉含量高于最优值时，机制砂混凝土强度随着石粉含量的增大而降低。此外，石灰岩质量的石粉还有阻止钙矾石向単硫型水化硫铝酸钙转化的作用。[9]

2机制砂级配对机制砂混凝土性能的影响

机制砂级配中，粒径较小的组分由于其较大的比表面积，表面能吸附较多的水，有利于提高机制砂混凝土的保水性，但该组分所占比例过大时会导致混凝土粘稠，和易性差。因此，机制砂的级配对于机制砂混凝土的工作性有着显著的影响。粒径较大的组分在机制砂混凝土中形成次骨架结构，为粗骨料提供抗压支撑。此外，该在组分水泥石中起到“钉缝作用”，阻止水泥石中裂缝的延伸，进而提高机制砂混凝土的抗压强度。研究表明，机制砂中粒径≥1.18mm的组分与粒径<1.18mm的组分比例为1：2左右时能使机制砂混凝土获得较好的工作性能;4.75、2.36、1.18mm三筛档累计筛余百分率为2：3：1时，能使机制砂混凝土获得较好的力学性能。[10]

3粉煤灰掺量对机制砂混凝土性能的影响

机制砂的加工工艺决定了机制砂颗粒表面粗糙，形状尖锐多棱角，使得机制砂混凝土细骨料间的摩擦系数大于普通混凝土。配合比相同时，机制砂混凝土的塌落度小于采用河砂作为细骨料的混凝土。在机制砂混凝土中加入粉煤灰，利用粉煤灰的“滚珠效应”能有效提高机制砂混凝土的流动性。[5]由于粉煤灰的粒径较小，可以填充水泥石中的孔隙，降低机制砂混凝土的孔隙率。因此，加入适量的粉煤灰有利于机制砂混凝土强度的提高。粉煤的灰活性虽然较低，但水泥水化产物中的氢氧化钙仍可与大约28%的粉煤灰反应生成C-S-H[11]，同时，氢氧化钙的消耗有利于增强由氢氧化钙梯度分部形成的界面过渡区。因此，适量的加入粉煤灰可有效提高机制砂混凝土的后期强度。此外，强度相同时，掺入适量粉煤灰不会影响机制砂混凝土的耐磨性。[12]

4机制砂的形貌特征对机制砂混凝土性能的影响

根据最大堆积密度理论，细骨料颗粒越接近球形，其堆积密度越大，混凝土的工作性和力学性能越好。[13-15]机制砂粗糙度越大，机制砂混凝土抗压强度越高。这是由于机制砂表面粗糙度越大，其与水泥浆体间的咬合力就越强，嵌锁效应越明显，有效的提高了机制砂混凝土的抗压强度。[12]

5机制砂的压碎值对机制砂混凝土性能的影响

机制砂的压碎值与机制砂混凝土的抗压强度没有显著的相关性。但机制砂混凝土的抗折强度随着机制砂的压碎值的增大而降低。此外，机制砂混凝土的耐磨性也随着机制砂的压碎值的增大而降低。[12]

6 结论

在如今，机制砂有着良好的应用前景，有利于基础设施建设的可持续发展，但影响机制砂混凝土性能的因素较多。为了实现机制砂全面替代河砂在混凝土中应用，工程技术人员还需继续对机制混凝土性能影响因素的研究。

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