機(jī)制砂原料、工藝和石粉含量對(duì)混凝土性能的影響分析,建筑材料論文

機(jī)制砂原料、工藝和石粉含量對(duì)混凝土性能的影響分析,建筑材料論文摘要：機(jī)制砂具有成本低、環(huán)保等特點(diǎn)，作為天然砂的替代產(chǎn)品具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。但由于機(jī)制砂原材料來(lái)源各異及機(jī)制砂存在諸如外表粗糙、顆粒棱角多、較高的石粉含量、級(jí)配差等問(wèn)題，在一定程度上限制了機(jī)制砂的工程應(yīng)用。本文闡述了機(jī)制砂原材料來(lái)源、制備工藝和石粉含量對(duì)混凝土性能影響，提出了機(jī)制砂混凝土存在的技術(shù)問(wèn)題和相應(yīng)解決對(duì)策。結(jié)果表示清楚，為了有效控制機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的不利影響，應(yīng)選擇適宜的母巖作為原材料，并對(duì)機(jī)制砂的宏觀形貌、石粉含量及其吸附性進(jìn)行控制。本文關(guān)鍵詞語(yǔ):機(jī)制砂;混凝土性能;石粉含量;Abstract：Manufacturedsandhasthecharacteristicsoflowcostandenvironmentalprotection.Asasubstituteproductofnaturalsand,ithasgoodeconomicbenefitsandenvironmentalbenefits.However,theengineeringapplicationofmanufacturedsandislimitedtoacertainextentduetothedifferentsourcesofrawmaterialsandtheproblemsofmanufacturedsand,suchasroughsurface,moregrainedgesandcorners,higherstonepowdercontent,andpoorgrading.Thispaperexpoundstheinfluenceofrawmaterialsource,preparationtechnologyandstonepowdercontentofmanufacturedsandonconcreteperformance,andputsforwardtheexistingtechnicalproblemsofmanufacturedsandconcreteandcorrespondingcountermeasures.Theresultsshowthatinordertoeffectivelycontroltheadverseeffectofmechanizedsandonconcreteperformance,thesuitableparentrockshouldbeselectedastherawmaterial,andthemacromorphology,stonepowdercontentanditsadsorbabilityofmanufacturedsandshouldbecontrolled.Keyword：manufacturedsand;concreteperformance;stonepowdercontent;0、引言隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，混凝土材料的用量逐年攀升，砂作為混凝土的重要組成材料用量也隨之增加。同時(shí)由于天然砂的過(guò)度開(kāi)采帶來(lái)的資源短缺和環(huán)境問(wèn)題也日漸凸顯，機(jī)制砂作為天然砂的替代產(chǎn)品將成為將來(lái)混凝土的重要組成材料。機(jī)制砂是經(jīng)除土、機(jī)械破碎、篩分制成的粒徑4.75mm巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒。機(jī)制砂性能由破碎方式方法和原材料性質(zhì)決定[1,2]，機(jī)制砂相較于天然砂存在外表粗糙、顆粒棱角多、較高的石粉含量、級(jí)配差[3,4]，進(jìn)而拌制的混凝土存在需水量高、和易性差、易離析泌水等問(wèn)題[5]，同時(shí)由于顆粒外表粗糙、棱角多增加了機(jī)制砂顆粒外表與水泥漿體之間界面過(guò)渡區(qū)面積，進(jìn)而改善混凝土力學(xué)性能[6]。文中主要闡述機(jī)制砂原材料來(lái)源、制備工藝、石粉含量對(duì)混凝土性能影響研究現(xiàn)在狀況。1、機(jī)制砂原料來(lái)源對(duì)混凝土性能影響根據(jù)機(jī)制砂原材料的來(lái)源不同，機(jī)制砂可分為巖石破碎得到的機(jī)制砂、尾礦破碎得到的機(jī)制砂和工業(yè)廢渣破碎得到的機(jī)制砂。1.1、巖石破碎得到的機(jī)制砂巖石破碎得到的機(jī)制砂由于原材料巖性存在差異，機(jī)制砂的微觀形貌、外表宏觀形態(tài)、石粉含量和級(jí)配也存在差異，因而采用不同原材料制備的機(jī)制砂對(duì)混凝土性能也存在一定差異。宋少民等[7]選取了安山巖、花崗巖、凝灰?guī)r、石灰?guī)r、石英巖和片麻巖6種不同巖性的機(jī)制砂，對(duì)它們的外表織構(gòu)和成分進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)安山巖、石灰?guī)r、石英巖外表光滑，花崗巖、凝灰?guī)r、片麻巖外表粗糙，除石灰?guī)r屬于鈣質(zhì)機(jī)制砂以外，其余均屬于硅質(zhì)機(jī)制砂。研究考察了不同巖性機(jī)制砂對(duì)混凝土和易性和與水泥適應(yīng)性的影響，結(jié)果表示清楚，外表粗糙的機(jī)制砂對(duì)混凝土和易性影響較大并且與減水劑的適應(yīng)性較差，鈣質(zhì)機(jī)制砂對(duì)混凝土和易性的不利影響整體上低于硅質(zhì)機(jī)制砂。孫星海等[8]分別采用了以石灰?guī)r為主的機(jī)制砂、泥灰?guī)r為主的機(jī)制砂和石英巖為主的機(jī)制砂，研究了機(jī)制砂巖性對(duì)其宏觀形貌的影響，結(jié)果表示清楚，由于礦物組成及晶相分布的原因，采用一樣破碎方式方法3種機(jī)制砂的圓形度為泥灰?guī)r為主的機(jī)制砂石灰?guī)r為主的機(jī)制砂石英巖為主的機(jī)制砂，長(zhǎng)徑比為石英巖為主的機(jī)制砂石灰?guī)r為主的機(jī)制砂泥灰?guī)r為主的機(jī)制砂，當(dāng)粒級(jí)到達(dá)0.60mm這個(gè)臨界值時(shí)破碎顆粒的圓形度和長(zhǎng)徑比均會(huì)有一個(gè)較為明顯的變化，此時(shí)圓形度最低、長(zhǎng)徑比最大，孫星海等以為0.60mm粒級(jí)在膠砂配比中影響高于其他粒級(jí)。綜上所述,從微觀形貌上看鈣質(zhì)機(jī)制砂相較于硅質(zhì)機(jī)制砂外表顯微構(gòu)造更為粗糙不平,能夠顯著提高界面過(guò)渡區(qū)粘結(jié)面積,在一定程度上提高機(jī)制砂混凝土的力學(xué)性能。從外表宏觀形態(tài)上看鈣質(zhì)機(jī)制砂相較于硅質(zhì)機(jī)制砂具有更高層次的圓形度和更低的長(zhǎng)徑比，圓形度和長(zhǎng)徑比直接影響新拌混凝土的工作性能，圓形度較低、長(zhǎng)徑比擬大時(shí)混凝土工作性能降低。因而，在選擇制備機(jī)制砂的基巖時(shí)應(yīng)對(duì)巖石成分進(jìn)行分析，優(yōu)先選取鈣質(zhì)基巖為制備機(jī)制砂的原料。1.2、尾礦破碎得到的機(jī)制砂常見(jiàn)的尾礦破碎得到的機(jī)制砂為鐵尾礦機(jī)制砂，其是在選礦廠將礦石磨細(xì)提取有用組分后經(jīng)分級(jí)篩分后的材料。王成偉等[9]研究了一樣配合比條件下鐵尾礦砂取代河砂比例對(duì)混凝土坍落度和抗壓強(qiáng)度的影響，隨著鐵尾礦機(jī)制砂取代河砂比例增加其坍落度略有降低，但其抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，結(jié)果表示清楚采用鐵尾礦砂配制的混凝土性能能夠知足采用河砂配制的混泥土的性能要求。劉文燕等[10]采用鐵尾礦砂取代細(xì)度模數(shù)為3.5的碎石破碎得到的機(jī)制砂，發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用鐵尾礦機(jī)制砂取代率為40%的混合砂配制混凝土，在一樣配合比條件下其工作性能、力學(xué)性能和耐久性能均優(yōu)于只用碎石機(jī)制砂配制的混凝土。因而，鐵尾礦機(jī)制砂不僅能夠取代河砂，還能夠與級(jí)配較差的機(jī)制砂混合使用改善其顆粒級(jí)配，使其能夠用于生產(chǎn)混凝土。1.3、工業(yè)廢渣破碎得到的機(jī)制砂由于工業(yè)廢渣來(lái)源較廣，故采用工業(yè)廢渣破碎得到的機(jī)制砂與河砂性質(zhì)差異較大。當(dāng)前，對(duì)采用工業(yè)廢渣破碎得到的機(jī)制砂制備混凝土的研究較多。如采用廢陶瓷制備的機(jī)制砂，其物理力學(xué)性能與河砂存在一定差異，且外表粗糙顆粒間摩擦力增加，研究表示清楚隨著廢陶瓷機(jī)制砂取代河砂量的增加混凝土工作性能降低、抗壓強(qiáng)度先上升后降低[11]，如此圖1所示，任非以為工作性能降低和抗壓強(qiáng)度上升是由于廢陶瓷機(jī)制砂外表粗糙摩擦力增加所致，廢陶瓷機(jī)制砂取代河砂比例為50%時(shí)效果最佳，當(dāng)廢陶瓷機(jī)制砂取代率繼續(xù)增加，需水量增加，反響速度減慢，使得包裹在機(jī)制砂外表的反響產(chǎn)物數(shù)量減少，抗壓強(qiáng)度降低。另外，鎳渣砂作為混凝土細(xì)集料也是可行的，周敏等[12]采用鎳渣砂部分取代機(jī)制砂制備了普通混凝土和高強(qiáng)混凝土并對(duì)其相關(guān)性能進(jìn)行研究，鎳渣砂能夠改善混凝土流動(dòng)性能，但過(guò)量的鎳渣砂對(duì)混凝土的泌水影響明顯，當(dāng)鎳渣砂摻量為10%～30%時(shí)既能改善混凝土流動(dòng)性同時(shí)又具有良好的保水性，并且普通混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗氯離子浸透性能提高。圖1廢陶瓷機(jī)制砂取代率對(duì)混凝土坍落度和28d抗壓強(qiáng)度的影響2、機(jī)制砂制備工藝對(duì)混凝土性能影響機(jī)制砂根據(jù)生產(chǎn)工藝能夠分為濕法生產(chǎn)水洗機(jī)制砂和干法生產(chǎn)機(jī)制砂。濕法水洗機(jī)制砂相較于干法生產(chǎn)機(jī)制砂含粉量低，因而其需水量低，但是由于粗顆粒較多級(jí)配不太合理，采用濕法水洗機(jī)制砂配制混凝土很容易產(chǎn)生泌水離析與和易性較差的問(wèn)題，另外采用水洗工藝會(huì)產(chǎn)生大量泥漿對(duì)周邊環(huán)境造成影響。干法生產(chǎn)機(jī)制砂具有細(xì)度細(xì)、含粉量較高、顆粒級(jí)配較好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)混凝土和易性影響較小，但是含粉量較高將致使混凝土需水量增加，并且由于細(xì)粉吸附性較強(qiáng)，外加劑用量增加成本增加，同時(shí)較高的含粉量對(duì)混凝土物理力學(xué)性能和耐久性能均有一定程度的不利影響。董藏龍等[13]分別對(duì)水洗砂和干法制砂得到的2種機(jī)制砂進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)水洗砂的MB值為0.9、需水量為112%，優(yōu)于干法制砂的MB值1.2、需水量121%，并將2種機(jī)制砂進(jìn)行摻配，在水洗砂和干法制砂摻配比例為7:3時(shí)，其工作性能、力學(xué)性能和耐久性能最佳。艾春琿等[14]分別采用了水洗機(jī)制砂和干法生產(chǎn)機(jī)制砂配制混凝土，發(fā)現(xiàn)水洗機(jī)制砂相較于干法生產(chǎn)機(jī)制砂配制混凝土易出現(xiàn)泌水與和易性差的問(wèn)題，引起這一問(wèn)題的主要原因是水洗機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)較大、含粉量較少且顆粒形態(tài)不佳，艾春琿等通過(guò)采用保水型母液復(fù)配的減水劑有效的克制了水洗機(jī)制砂混凝土易出現(xiàn)泌水與和易性差的問(wèn)題。3、機(jī)制砂中石粉含量對(duì)混凝土性能的影響機(jī)制砂中的細(xì)粉由與母巖化學(xué)成分一樣的石粉和黏土質(zhì)泥粉組成，現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684—2018將它們統(tǒng)稱為石粉。由于組成石粉的母巖性質(zhì)和黏土質(zhì)泥粉含量的差異，其吸附性能也存在一定的差異，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684—2018采用亞甲藍(lán)〔MB〕值表示石粉吸附性的大小，研究表示清楚隨著石粉MB值增加存在新拌混凝土工作性能降低、混凝土力學(xué)性能和耐久性能降低等問(wèn)題[15]。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外對(duì)石粉含量對(duì)混凝土性能影響的研究較多，但存在一定的爭(zhēng)議，部分研究人員[16,17]以為在一定范圍內(nèi)石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度具有積極地作用，存在最佳的石粉含量，謝開(kāi)仲等[18]研究表示清楚不同巖性機(jī)制砂混凝土力學(xué)性能差異與石粉含量有關(guān)，隨著石粉含量增加混凝土峰值應(yīng)力與峰值應(yīng)變呈先增加后降低的趨勢(shì)，在應(yīng)力和應(yīng)變極大值時(shí)，石粉含量為最佳。王旭昊等[19]研究了石粉含量對(duì)C45凝灰?guī)r機(jī)制砂混凝土性能的影響，結(jié)果表示清楚，隨著石粉含量增加相關(guān)性能均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，存在最佳石粉含量，并通過(guò)控制機(jī)制砂石粉含量使C45凝灰?guī)r機(jī)制砂混凝土的綜合性能優(yōu)于C45天然砂混凝土。另一部分研究人員[20,21]以為增加石粉含量會(huì)降低機(jī)制砂混凝土的工作性能和抗壓強(qiáng)度，這可能是由于不同巖性機(jī)制砂石粉吸附性差異引起的,王振等[22]研究表示清楚凝灰?guī)r和石灰?guī)r石粉對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響優(yōu)于其它巖性石粉。4、機(jī)制砂混凝土存在技術(shù)問(wèn)題及對(duì)策前已述及機(jī)制砂相較于天然砂存在外表粗糙、顆粒棱角多、較高的石粉含量、級(jí)配差，對(duì)機(jī)制砂混凝土的工作性能和力學(xué)性能影響較大。在機(jī)制砂應(yīng)用經(jīng)過(guò)中可采取下面措施。1〕由于機(jī)制砂外表粗糙、顆粒棱角多，進(jìn)而使新拌混凝土易出現(xiàn)泌水、和易性差、流動(dòng)度不佳等問(wèn)題進(jìn)而影響硬化混凝土強(qiáng)度，可采用保水型外加劑以改善機(jī)制砂混凝土性能。2〕機(jī)制砂制備經(jīng)過(guò)中存在較多石粉，由于不同巖性石粉的需水量和對(duì)外加劑的吸附不同，因而應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定石粉最佳含量，以降低石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土工作性能和對(duì)外加劑用量的影響。3〕由于機(jī)制砂存在級(jí)配差的問(wèn)題，只要選用級(jí)配良好的機(jī)制砂才能制備性能符合要求的混凝土，能夠通過(guò)不同級(jí)配機(jī)制砂之間摻配使用改善機(jī)制砂混凝土性能。4〕選擇適宜的母巖作為機(jī)制砂的原材料，并對(duì)機(jī)制砂的宏觀形貌〔如圓形度、長(zhǎng)徑比〕和亞甲藍(lán)〔MB〕值進(jìn)行控制，以降低機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的不利影響。5、結(jié)束語(yǔ)機(jī)制砂作為天然砂的替代品將成為混凝土的重要組成材料，其大量使用具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。然而，由于機(jī)制砂相較于天然砂存在眾多問(wèn)題，在一定程度上限制了機(jī)制砂在混凝土中的應(yīng)用，并且不同巖性的機(jī)制砂對(duì)混凝土性能影響存在一定差異。因而，為獲得符合要求的機(jī)制砂混凝土，應(yīng)結(jié)合機(jī)制砂本身特點(diǎn)合理使用。以下為參考文獻(xiàn)[1]陳琴,李路,孫琳,等低檔次機(jī)制砂在預(yù)拌混凝士中的應(yīng)用[J]江西建材,2021(1):38-39.[2]黃志剛，陳敦法,陳倩,等花崗巖機(jī)制砂品質(zhì)對(duì)混凝土性能的影響[J].交通科技,2021(1):119-124.[3]劉曉龍機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)研究[]四川水泥，2020(12):17-18.[4]劉自強(qiáng),楊俊.機(jī)制砂使用經(jīng)過(guò)中存在問(wèn)題的理論分析[J].江西建材,2020(S1):75-79.[5]梅海峰,李曉寧,李婷,等.高適應(yīng)性聚羧酸減水劑在機(jī)制砂混凝土中的應(yīng)用[J]:中國(guó)建材科技,2020,29(6):50-52.[6]陳敦法,黃志剛,陳倩,等機(jī)制砂顆粒形貌參數(shù)及其相關(guān)性研究[J]建材世界,2021.42(1):6-11.[7]宋少民,程成,楊楠機(jī)制砂巖性對(duì)膠砂和混凝土性能影響的研究[J]混凝土,2022(9):67-70.[8]孫星海，劉澤,王軍偉,等.不同機(jī)制砂微觀形貌和膠砂性能研究[J]混凝土與水泥制品,2021(1):85-89.[9]王成偉,曹子俊,趙光光鐵尾礦機(jī)制砂混凝土配置試驗(yàn)比照分析及在黃河橋中的應(yīng)用[]道路工程,2020(9):89-95.[10]劉文燕,張友來(lái),李紹純,等鐵尾礦砂對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響研究[].混凝土與水泥制品，2020(12):84-86.[11]任非廢陶瓷機(jī)制砂對(duì)混凝土性能的影響研究[J].新型建筑材料,2021(2):66-68.[12]周敏,祖卓紅,張蔚,等鎳渣替代機(jī)制砂制備混凝土的應(yīng)用研究[J]新型建筑材料,2020(11):122-125.[13]董藏龍，肖志敏,夏京亮兩種生產(chǎn)工藝機(jī)制砂摻配對(duì)混凝土性能的影響[J].高速鐵路技術(shù),2021,12(1):65-69.[14]艾春琿,李海燕，曹虎,等保水型聚羧酸減水劑在機(jī)制砂混凝士中的應(yīng)用[J]中國(guó)建材科技,2020,29(6):47-49.[15]陳妙福.機(jī)制砂MB值對(duì)混凝土性能的影響研究[J]商品混凝土,2022(5):37-39.[16]劉戰(zhàn)鰲,周明凱,李北星.石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土性能影響的研究進(jìn)展[J].材料導(dǎo)報(bào),2020,28(19):100-103.[17]謝開(kāi)仲,王紅偉,肖杰,等.石粉含量對(duì)機(jī)