机制砂配合比对混凝土强度的影响研究

文摘 2025-01-20 07:01 河南

1研究背景

应用机制砂替代河砂已成为建筑行业可持续发展的必然趋势。合理使用机制砂拌制混凝土，不仅能降低工程成本，还能解决材料供应紧张等问题。对机制砂配制混凝土进行研究，使其工作性能接近河砂甚至优于河砂的配合比，是业内人士普遍关注的问题。

2机制砂混凝土配合比试验

2.1机制砂特性

机制砂作为一种由机械加工而来的新型材料，具有强度高、产量大的特点。与河砂相比，机制砂颗粒级配通常更粗，呈“两头多、中间少”的特点；0.075mm以下通过率（粉料含量）比河砂大。受其颗粒特征的影响，机制砂粗糙的表面能增强骨料与胶体之间的黏结性，从而提高混凝土的抗压强度。

2.2机制砂技术指标

机制砂技术指标与河砂比较接近，混凝土强度比河砂高。干法生产的机制砂更适合应用在桥梁混凝土中。

2.2.1颗粒级配

市场上级配为4.75、2.36mm的机制砂筛孔筛余较大，0.075mm以下含粉量大，呈两头多中间少的状态，细度模数基本在3.0以上，难以满足桥梁施工需要。干法生产可以适当延长干磨的时间来控制粒径，延长风选时间控制石粉含量，细度模数可以控制在2.5～2.9，使机制砂的颗粒级配满足中砂的要求。

2.2.2亚甲蓝、泥块含量、石粉含量

为严格控制亚甲蓝MB值、泥块含量，生产厂家必须从源头抓起，鹅卵石破碎前应把附着在表面的泥垢清洗干净，MB值和泥块含量较高时说明粉料中的黏土含量高，对混凝土性能产生不利影响，因此要相应降低其含量。亚甲蓝MB值须控制在1.0以下，泥块含量应控制在0.5以下。因机制砂棱角性比河砂大，需要更大的石粉含量去填充，使浆体更好地包裹集料，提升其包裹性和流动性。若粉料太少容易使混凝土泌水、离析，含粉太高会增加混凝土的坍落度，难以满足施工要求，所以在保证亚甲蓝、泥块含量满足要求的前提下，机制砂石粉含量应控制在5%～8%。

2.3试验材料

选取综上所述，本次试验的混凝土为5种材料拌和，主要试验材料选择如下：粗集料选用普通碎石，由5～10、10～25mm两档碎石掺合成5～25mm碎石，其各项指标均满足规范要求。细集料选用机制砂，使用干法生产细度模数为2.7的中砂，其各项指标均满足规范要求。水泥选用P.O42.R普通硅酸盐水泥，其各项指标均满足规范要求。粉煤灰选用F类Ⅱ级粉煤灰，其各项指标均满足规范要求。外加剂选用广东强仕建材科技有限公司生产的JB-ZSC聚羧酸高性能减水剂，其各项指标均满足规范要求。具体参数如表1所示。

3试验结果分析

本次试验先确定机制砂混凝土最优水胶比，在此基础上优化配合比方案，最终得到最优的机制砂混凝土配合比。

3.1最优水胶比确定

本试验严格参照规范《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080-2016）的标准执行。在坍落度满足规范要求的情况下确定了本次试验的配合比，先提出1#基准配合比，在1#配合比水胶比±0.05的范围内波动，掺量按设计坍落度160～200mm适当调整，根据强度和工作性能，选取最佳水胶比，试验结果如表2所示。

按照上述配合比精确称量各类制作原材料后，首先将水泥、机制砂倒入搅拌机开始搅拌，然后依次将碎石、粉煤灰倒入搅拌机，干拌5min左右，使机制砂与胶凝材料充分接触，然后将配好的减水剂水溶液倒入搅拌机，继续搅拌10min后出料。再将搅拌完成的混凝土拌和物装入试模中，并放置振动台上进行振捣约30s。试件成型24h后进行拆模，之后放入标准养生室，在标准条件（温度20+2℃，相对湿度不低于95%）下养生28d。

待试件达到养生龄期后，采用边长为150mm的立方体标准试件进行压缩强度实验。检查试件表面是否平整并安放在试验机上，保证试件的中心对准试验机的下压板中心，启动试验机。当上压板与试件接近时，调整球座，使上压板与试件接触均衡，保持连续均匀施加载荷，当试件开裂接近破坏时，调小试验机油门，直至破坏，记录破坏时的荷载。

坍落度测试用一个上口和下口分别为100mm和200mm，高300mm喇叭状的坍落度筒，单次装入混凝土高于筒高的1/3，每次填装后用捣锤沿桶壁均匀由外向内击25下，垂直捣实后将筒口抹平。然后立即将坍落筒垂直拔起，测量坍落度及扩展度。

从11种配合比混凝土的28d抗压强度、坍落度、扩展度和流动性等方面比较混凝土性能，试验结果如表3所示。

由表3可知，各组配合比的工作性能中1#、2#、7#配合比制作的混凝土构件的坍落度、扩展度、流动性和黏结性表现较好。三者中2#配合比的28d抗压强度最高，因此2#配合比为综合最佳，确定最佳水胶比0.35。

3.2配合比优化

保持0.35水胶比不变，对水泥、粉煤灰均按-20kg调整，砂率按±2%调整，外加剂掺量按坍落度状态调整，继续进行15组对比试验并从中筛选出更符合经济性的配合比，结果如表4所示。

保持0.35水胶比不变的前提下，从15种配合比混凝土的28d抗压强度、坍落度、扩展度和流动性等方面比较混凝土性能，试验结果如表5和图1所示。

经表5和图1分析对比，砂率为36%、37%、38%时，混凝土构件的坍落度、扩展度、流动性和黏结性明显优于其他工况。三者之中当砂率为38%时，混凝土浆体相对更为饱满，更适合泵送混凝土施工，抗压强度均满足配置强度48.2MPa要求，因此13#配合比更为经济合理。

3.3工作性能验证

试验数据表明该配合比，1h没有明显坍落度损失，3h坍落度损失不超过20mm，初凝时间9h50min，终凝时间11h43min，满足规范及现场施工要求，见表6。

4结束语

随着建筑工程对混凝土的迫切需要，机制砂的诸多优势也开始受到建筑行业的广泛关注，但机制砂与天然河砂在物理属性上仍存在差异。目前对机制砂混凝土配合比及性能的深入研究较少，为得到真正能够满足工程建设需要的高质量混凝土，应对天然砂与机制砂的差异进行进一步研究，深入分析机制砂特性中的关键参数，系统研究这些特性对混凝土抗压强度及工作性能的影响，并整体控制混凝土的生产加工，使机制砂在建筑行业获得更加广泛的应用与发展。

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