利用機制砂配制混凝土有什么特性

天然砂與機制砂形成方式不一樣，機制砂由人工機械破碎而成，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，與在自然條件作用下形成的天然砂對比具有有較大的區(qū)別，至今國內外科研人員做了大量有關于機制砂混凝土方面的試驗研究工作。下面主要介紹國內外有關機制砂混凝土的工作性、力學性能、耐久性和體積穩(wěn)定性方面的相關研究概況。

由于機制砂與天然砂在生產(chǎn)工藝的差異，導致它們在級配、顆粒形狀、粗細程度及0.075mm以下顆粒的含量有明顯的區(qū)別�，F(xiàn)有的生產(chǎn)工藝很難滿足規(guī)范對石粉的要求，我國規(guī)范對石粉的含量的僅對上限做了規(guī)定，而忽略了當機制砂石粉含量過低時，就會造成新拌混凝土極易泌水、離析，特別是低強度的混凝土。通過改變石粉含量配制不同強度混凝土用的試驗研究，發(fā)現(xiàn)石粉含量的變化會影響高、低強度等級混凝的工作性，提出機制砂石粉含量應有一定的含量，并建議現(xiàn)行的機制砂標準中石粉含量給出范圍值，而不是小于某個界限。不過對石粉的含量界限的研究處于百家爭鳴狀態(tài)，有些認為石粉含量的增加會導致需水量的增加，認為混凝土的坍落度隨著石粉含量的增加而降低。另一些研究在則認為石粉不會增加需水量，反正混凝土的用水量隨著石粉含量的增加而降低。最多的觀點則認為機制砂石粉含量存在一個最佳范圍，認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計規(guī)范依舊用細度模數(shù)來確定砂的一些參數(shù)。許多研究人員認為，細度模數(shù)已經(jīng)不能準確的指導含粉體系機制混凝土的配制，不能直接配制出工作性優(yōu)良的混凝土。認為可以將比表面積作為機制砂的一項控制指標，從而更加準確的表征機制砂的表面特征和粒形。也有采用數(shù)值圖形處理技術，引入新的表征參數(shù):棱角性指數(shù)、長寬比及豐滿比。

試驗研究發(fā)現(xiàn)，在不摻加外加劑時，機制砂取代部分天然砂會導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。提出施工時機制砂混凝土應適當縮短振搗時間，這是由于機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，在相同條件下用機制砂所配制的混凝土強度將略高于天然砂。幾乎所有的研究者都認同由于機制砂的多棱角性提高了水泥界面的咬合力從而提高了強度，但是在石粉在水泥的水化過程中是否具有活性還存在爭議。認為石粉是惰性的，他們通過XRD和SEM測試水泥與不同巖性的石粉水化反應后的微觀結構發(fā)現(xiàn)，石粉對水泥石的微觀結構并未產(chǎn)生明顯影響，普通機制砂混凝土力學性能得以改變的主要原因是:石粉含量的變化引起機制砂細度模數(shù)及最終一種對混凝土顆粒級配優(yōu)化的結果。認為石粉并非完全惰性，在水泥的水化進程中，石粉(石灰?guī)r，主要成分為碳酸鈣)能與水泥中C4AF和C3A發(fā)生進一步的微弱的水化反應，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構還填充了內部的孔隙，從而提高了混凝土的強度。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變，并與C3A發(fā)生反應生成水化碳鋁酸鈣。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，機制砂對天然砂分別采用0,30%,50%, 70%,100%的取代率，通過比較分析發(fā)現(xiàn)機制砂混凝土的抗壓強度優(yōu)于天然砂，機制砂混凝土的抗壓強度隨著取代率提高而提高，并確定了該機制砂的最佳取代率為50%。通過正交設計優(yōu)化混凝土配合比設計，發(fā)現(xiàn)當采用機制砂與天然砂6:4比例復配作為混凝土的細集料時，配制的機制砂混凝土能夠達到高性能混凝土的性能指標的要求。并且與天然砂相比，機制砂混凝土的力學性能均優(yōu)于天然砂混凝土。他認為一定的石粉含量能使混凝土內部毛細孔得到進一步的填充，混凝土更加密實，而且改善骨料與水泥漿的界面結構，使得機制砂混凝土比在相同條件下的天然砂具有更大的斷裂能，因而造成機制砂混凝土的力學性能優(yōu)于天然砂混凝土。研究發(fā)現(xiàn):機制砂之所以能提高混凝土的力學性能主要原因是，由于機制砂中的石粉能改善混凝土內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，通過對不同強度等級的機制砂混凝土工作性與力學性能研究發(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)石粉對混凝土強度的影響與II級粉煤灰類似。