人工砂顆粒由于具有棱角和表面較粗糙，因而拌制的混凝土和易性較差，可引起混凝土的較大泌水，但人工砂中通常含有石粉可以部分改善混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。但石粉含量超過(guò)一定的值時(shí)，混凝土的粘聚性增強(qiáng)，導(dǎo)致新拌混凝土的坍落度減小，工作性不好，所以應(yīng)該對(duì)石粉含量進(jìn)行必要的限制。

在相同的水膠比條件下，隨著機(jī)制砂的亞甲藍(lán)MB值的增大，混凝土坍落度和擴(kuò)展度下降。對(duì)硬化混凝土的抗折強(qiáng)度與7 d抗壓強(qiáng)度有明顯降低作用，增加了混凝土各齡期收縮值，輕微降低了混凝土的抗氯離子滲透性，顯著加快了混凝土的凍融破壞，不利于混凝土的高性能化。

有地區(qū)及周邊缺少天然中粗砂，單純使用特細(xì)砂配制，混凝土容易分層，施工部位出現(xiàn)厚厚的浮漿層，使硬化后的混凝土的微觀結(jié)構(gòu)不均勻。特別是厚大體積混凝土和豎向混凝土的施工，其浮砂厚度為200—500mm。不僅混凝土強(qiáng)度低，而且會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)嚴(yán)重的分層和裂縫，這無(wú)疑會(huì)嚴(yán)重影響混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和混凝土質(zhì)量。因此，使用顆粒較粗的機(jī)制砂和特細(xì)砂混合、合理搭配，用于混凝土配制，具有極強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

細(xì)度模數(shù)的影響

選用的機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)為2.78，枝江砂選用了細(xì)度模數(shù)分別為1.03、1.17、1.31、1.48的四種。

隨著試驗(yàn)用枝江砂的細(xì)度模數(shù)的增大，混凝土拌合物的初始坍落度也隨之增加。對(duì)于細(xì)骨料，砂的細(xì)度模數(shù)愈小，顆粒愈細(xì)，在相同用量下總表面積大，用以包裹其表面并填充砂子空隙的水泥漿需要量也愈多，單位用水量與水泥用量就愈大。

①在養(yǎng)護(hù)齡期相同的條件下，隨著枝江砂細(xì)度模數(shù)的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度也逐漸增加；②隨著養(yǎng)護(hù)齡期增加，摻有不同細(xì)度模數(shù)的枝江砂的混凝土抗壓強(qiáng)度逐漸增加。

由以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，砂的細(xì)度模數(shù)對(duì)所配制的混凝土性能影響較大。所以控制混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)是設(shè)計(jì)配合比和施工現(xiàn)場(chǎng)保證混凝土工程質(zhì)量的一個(gè)十分有效的途徑。

枝江砂與機(jī)制砂相對(duì)含量對(duì)混凝土性能的影響

選用的機(jī)制砂、枝江砂的細(xì)度模數(shù)分別為2.78、1.10。

試驗(yàn)采用C30等級(jí)的配合比，水泥用量為290 kg／m3，細(xì)骨料為693 kg／m3，碎石為1 120 kg／m3，粉煤灰摻量90 kg／m3，水的為175 kg／m3，外加劑的摻量為2.69％。

由表2可知，隨著替代率的增大，機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，但是7d的齡期以后替代率為50％的機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度均大于其他替代率的混凝土的強(qiáng)度。這說(shuō)明：機(jī)制砂與天然砂的比例存在著一個(gè)最佳摻量，在這個(gè)最佳摻量范圍內(nèi)，混凝土的拌合物不但具有良好的施工和易性，而且硬化后的混凝土具有較高的強(qiáng)度。

機(jī)制砂中石粉含量的影響

4—6％石粉含量可增加混凝土坍落度。在膠凝材料用量相同的條件下，不含石粉的機(jī)制砂和含有4％的石粉的機(jī)制砂配制C30混凝土進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。可以看出，砂中含有少量石粉，混凝土各齡期的抗壓強(qiáng)度有所提高，抗拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等性能亦均略有提高，然而石粉含量超過(guò)一定比例，混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度則均略有降低。

砂率的影響

試驗(yàn)所使用的砂為混合砂，即枝江砂和機(jī)制砂以固定比例混合使用。

礦粉為S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉，比表面積4 530 cm2／g，摻量為膠凝材的2.0％。細(xì)骨料為枝江砂與機(jī)制砂的混合料，粗骨料為5—20 mm連續(xù)級(jí)配的碎石。

混凝土的坍落度隨砂率變化的趨勢(shì)是先隨砂率的增大而逐漸增加，而后又降低，表明混凝土坍落度與砂率并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，是存在一個(gè)最佳值。

分析抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果可知，砂率對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響存在同樣的變化趨勢(shì)，在本實(shí)驗(yàn)條件下，最佳砂率值為35%左右。

從試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，砂率對(duì)混凝土的工作性、抗壓強(qiáng)度均有不同程度的影響。其中混凝土的工作性受砂率的影響尤為顯著，且存在最佳砂率值。五組試驗(yàn)均是使用相同水泥用量，在水泥漿含量不變的情況下，砂率過(guò)大會(huì)造成集料總表面積及隙率的增大，水泥漿將相對(duì)減少，造成混凝土拌合物的粘聚性增大流動(dòng)度降低，如果砂率過(guò)小，在粗集料之間不能保證有足夠的水泥砂漿也會(huì)降低混凝土拌合物的流動(dòng)性，還易造成離析、流漿等現(xiàn)象。

總結(jié)

枝江砂的細(xì)度模數(shù)增大，在相同用水量和水泥用量的前提下，混凝土的初始坍落度會(huì)增大，硬化后的抗壓強(qiáng)度也相應(yīng)提高。用機(jī)制砂和枝江砂混合砂配制混凝土?xí)r，在本實(shí)驗(yàn)條件下，機(jī)制砂的摻量為50％時(shí)，混凝土的工作性和力學(xué)性能可以達(dá)到一個(gè)最佳狀態(tài)。混凝土的抗壓強(qiáng)度和初始坍落度隨著砂率的增大先呈增大趨勢(shì)，后又逐漸減小，因此在配制混凝土?xí)r存在一個(gè)最佳砂率，在本實(shí)驗(yàn)條件下，最佳砂率值為35％左右。

長(zhǎng)江和淮河流域細(xì)砂告急

機(jī)制砂混合時(shí)代來(lái)臨！

長(zhǎng)江和淮河兩大河流，過(guò)去建筑用砂主要來(lái)自這兩大河流。隨著開采量的增大，河砂質(zhì)量日益下降，基本以細(xì)砂為主，但高性能混凝土對(duì)建筑用砂提出了越來(lái)越高的要求，細(xì)砂已不能滿足工程需求，且隨著環(huán)保力度的加大，禁采范圍越來(lái)越廣。混凝土長(zhǎng)期以河砂為細(xì)骨料的安徽省不得不探求砂資源的可持續(xù)發(fā)展，機(jī)制砂引起了越來(lái)越廣泛的關(guān)注和研究。

工作性和強(qiáng)度

省內(nèi)機(jī)制砂篩余0.315mm以下所占的比例較小，僅有10％左右，而天然細(xì)砂的粒徑主要集中在0.315mm以下，與機(jī)制砂復(fù)合正好可填補(bǔ)0.315mm以下的累計(jì)篩余，使細(xì)骨料具有良好的級(jí)配。與此同時(shí)，天然砂可減小機(jī)制砂之間的內(nèi)摩擦力，從而獲得良好的施工性能，因此，混合砂混凝土的和易性和流動(dòng)度接近天然中砂混凝土的，甚至工作性能更好。

混合砂混凝土28d抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度均高于河砂混凝土，其中抗壓強(qiáng)度提高12％，抗折強(qiáng)度提高10％，劈裂強(qiáng)度提高7％。這是因?yàn)椋菏紫龋瑱C(jī)制砂表面結(jié)構(gòu)優(yōu)于天然河砂，其表面沒有風(fēng)化層，均是新鮮的巖面且棱角豐富，與水泥漿的咬合力增大；其次，機(jī)制砂中含泥量較小，機(jī)制砂中低強(qiáng)度的輕物質(zhì)含量較河砂少；第三，機(jī)制砂中含有5％一15％左右的石粉，石粉彌補(bǔ)了機(jī)制砂中細(xì)顆粒偏少的缺陷，有效填充了細(xì)骨料間的孔隙，不但使混凝土中的毛細(xì)孔得到細(xì)化，孔隙率減小，混凝土更加密實(shí)，而且改善了水泥漿與骨料間的粘結(jié)，使機(jī)制砂混凝土的斷裂能比同條件下河砂混凝土的斷裂能大。同時(shí)，在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，石粉在水泥水化過(guò)程中起到一定的晶核作用，誘導(dǎo)水泥水化產(chǎn)物析晶，可加速水泥水化并參與水化物的形成[7]。因此，機(jī)制砂混凝土的抗壓、抗折、劈裂強(qiáng)度均優(yōu)于河砂混凝土。

耐久性

混合砂混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)為1.62x10-8cm2/s，河砂混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)為1.81x10-8cm2/s，均可滿足高性能混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)不大于300x10-14m2/s，（即3x10-8cm2/s）的要求，這表明C30混合砂混凝土和河砂混凝土具有較好的抗氯離子滲透性能。混合砂混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)比河砂混凝土的降低了10.5％，說(shuō)明混合砂混凝土的抗?jié)B性能比相同細(xì)度模數(shù)的河砂混凝土抗?jié)B性能好。這可能是機(jī)制砂等量取代河砂后，機(jī)制砂中的石粉起到了分散水泥粒子的作用，使水泥水化更加均勻、一致，生成的水泥石中有害的大孔減少，封閉的小孔增多，從而改善了混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，降低了氯離子擴(kuò)散系數(shù)，提高了抗?jié)B性能，增強(qiáng)了抵抗外界侵蝕環(huán)境的破壞能力。

除早期（即1d、3d）河砂混凝土的干縮值低于混合砂混凝土外，7d以后河砂混凝土的干縮值都高于混合砂混凝土的。這可能是C30混凝土中膠凝材料用量較少，機(jī)制砂中的石粉含量相當(dāng)于增加了漿體的體積，填補(bǔ)了混凝土骨料之間的空隙，使新拌混凝土的工作性隨石粉含量的增加逐步改善，密實(shí)度提高，對(duì)干縮的抑制能力增強(qiáng)。

總結(jié)

1、利用正交試驗(yàn)對(duì)C30混合砂高性能混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果表明：用60％的機(jī)制砂與40％的天然細(xì)砂作細(xì)骨料能配制出和易性、力學(xué)性能良好的高性能混凝土。

2、通過(guò)正交試驗(yàn)得出的混合砂混凝土最優(yōu)配比與細(xì)度模數(shù)相同的河砂混凝土進(jìn)行耐久性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，機(jī)制砂混凝土的抗氯離子滲透性能和干縮性能均優(yōu)于河砂混凝土，說(shuō)明混合砂混凝土配合比進(jìn)行合理優(yōu)化后，其耐久性也優(yōu)于河砂混凝土。

3、結(jié)合實(shí)際情況，省內(nèi)中粗機(jī)制砂和天然細(xì)砂按合適比例混摻后可以替代河砂配制高性能混凝土，緩解省內(nèi)建筑用砂矛盾，不僅具有一定的經(jīng)濟(jì)性和適應(yīng)性，還具有一定的環(huán)境效益和社會(huì)效益。由于機(jī)制砂的生產(chǎn)不受氣候、季節(jié)的影響，在生產(chǎn)工藝上能有效控制，因而其性能指標(biāo)相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)混凝土拌合物性能、力學(xué)性能及耐久性能都有明顯改善，有利于提高建筑工程的質(zhì)量。