隨著我國經濟建設的進一步發展，混凝土的產量越來越大，隨之引起混凝土原材料天然砂的需求劇增。部分地區由于天然砂稀缺，機制砂被越來越廣泛地應用于各種混凝土工程［1］。機制砂是把山石破碎成粒徑＜5mm的適合建筑使用的砂子。相比起天然砂，機制砂的顆粒特性在于表面粗糙，棱角多，顆粒較粗。質量不好的機制砂顆粒級配不均勻，級配差，顆粒之間的空隙率大［2］。機制砂由于棱角多，不圓潤，表面積也比天然砂大。從時間和范圍來看，機制砂的大規模使用已成趨勢。但在機制砂使用含粉量的控制及其在混凝土中的作用在不同地區的認識差別很大。

目前市場生產的機制砂細度模數在2.4～3.2，顆粒級配穩定，但大多表現出兩頭多中間少的情況，即大顆粒和細顆粒比較多，中間顆粒缺乏［3-4］。機制砂應用于混凝土中，主要問題表現在新拌混凝土的單位需水量高，和易性難以控制，這主要是由于機制砂在破碎及粉磨過程中產生了裂隙、空隙或孔洞，相同砂率和單位用水量情況下，這些缺陷和細顆粒增大了機制砂的比表面積，吸附了更多的自由水，導致混凝土的坍落度降低，不利于配制泵送混凝土。

王立華等［9］的研究認為當配合比相同時，機制砂中石粉含量增大，混凝土的含氣量和坍落度線性減小，抗壓強度線性增大，與巖性無關。楊玉輝等［10］的研究表明當機制砂中石粉含量＜5%時，石粉含量變化對砂漿工作性無不利影響；但當石粉含量＞5%時，隨機制砂中石粉含量的提高，砂漿的塑性黏度和屈服應力增大，顯著劣化砂漿的工作性能。本文主要通過不同亞甲藍值、不同含粉量、不同細度模數的機制砂配制C20，C30和C50混凝土，研究機制砂的品質對不同強度等級混凝土的拌合物性能及力學性能的影響。

一、試驗材料及試驗方法

1.1 試驗采用太原地區混凝土生產所用原材料

1) 膠凝材料試驗所用水泥為吉港P·O42.5級水泥，其基本性能如表1 所示。

   Ⅱ級粉煤灰細度為19%，需水比為103%，燒失量為4.3%。礦粉S95礦粉，比表面積為420m2/kg，流動度比為97%， 28d活性指數為101%。

2) 細骨料取不同批次、不同產地的機制砂3 種，機制砂A為碎屑，細度模數2.5，亞甲藍值4.2，含粉量23%；機制砂B細度模數為2.8，亞甲藍值為2.0，含粉量為18%；機制砂C細度模數3.2，亞甲藍值0.8，含粉量為12%。

3) 粗骨料粗骨料為太原臥虎山石料廠，粒徑5～25mm連續級配，壓碎指標10.9%，針片狀含量3%，表觀密度2730kg/m3。

4) 外加劑試驗所用外加劑為聚羧酸高性能減水劑，含固量23%，減水率35%。

1.2試驗方法

采用不同產地的3種細度模數、含粉量和亞甲藍值均不同的3 種機制砂A，B，C分別配制C20，C30和C50等級的混凝土，按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T50080-2002分別測試其拌合物的坍落度、擴展度；按《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T50081-2002測試混凝土的7d和28d抗壓強度。配合比如表2所示。

二、試驗結果及分析

由于商品混凝土攪拌站每日混凝土的產量很大，因此對原材料的需求量也很大，許多商混站需要采購不同廠家的砂石骨料，由于不同砂石廠家的母巖性質和粉磨設備不同，常造成商混站采購的機制砂品質差別很大。機制砂的亞甲藍值主要與母巖性質有關，細度模數與含粉量主要受粉磨設備及粉磨時間的影響，通常是可調整的。細度模數的物理意義是在砂的粒徑范圍內各級篩孔的累計篩余的平均值，目前機制砂的顆粒級配普遍表現為兩頭多中間少的情況，即大顆粒和細顆粒比較多，中間顆粒缺乏，因此細度模數小于2.8的機制砂含粉量較高，含粉量低的機制砂細度模數大多超過3.0。在本試驗中所用的機制砂其細度模數、含粉量及亞甲藍值有良好的線性相關性。

2.1 混凝土拌合物的試驗結果及分析

混凝土拌合物是一個多相復合體系，理想的混凝土拌合物的狀態應該是粗骨料懸浮在由水泥砂漿組成的漿體中。在膠凝材料及粗細骨料用量不變的情況下，機制砂的細度模數越大、含粉量越低，用于包裹其表面所需的水泥漿數量就越少，但是相應的粗細集料所構成骨架的孔隙率越高，需要填充的水泥漿體越多。而機制砂的亞甲藍值主要用來評價粒徑＜0.080mm的顆粒對于外加劑的吸附性。因此機制砂的細度模數、含粉量及亞甲藍值對膠凝材料用量不同的不同等級混凝土的影響不同。

表3～5分別列出了使用A，B，C3種品質依次降低的機制砂配制的C20，C30，C50混凝土的流動性及強度數據。由表3～5可見，對于各強度等級的混凝土，隨著機制砂細度模數的減小，含粉量的增加，混凝土外加劑摻量顯著增加，拌合物的坍落度、坍落擴展度均降低。理論上說，在膠凝材料用量和砂率不變的情況下，機制砂的細度模數減小，含粉量增加，則新拌混凝土的流動性下降，黏度增大，混凝土的強度降低。其原因是微細顆粒越多，表面積越大，隨著含粉量的增加，包裹粉體所需的水量增加，導致在固定用水量的條件下混凝土的黏滯性增加，從而混凝土的流動性降低。

但是對于C20混凝土，采用C機制砂配制的混凝土包裹性很差，漿體的黏度低，同時對外加劑的摻量非常敏感，外加劑稍過量混凝土便離析扒底。B機制砂配制的混凝土包裹性一般，漿體黏度適中，對外加劑摻量不敏感。采用A機制砂配制的C20混凝土包裹性良好，流動性一般，漿體稍黏。因此，從拌合物的和易性來評估，C20混凝土宜采用細度模數小、含粉量高的A機制砂配制。

對于C50混凝土，由于膠凝材料用量大，采用A機制砂配制時由于含粉量高，亞甲藍值大，導致細粉對外加劑的吸附量相應增大，盡管外加劑摻量高達4.32%，初始坍落度僅210mm，且1h后坍落度和擴展度均損失很大，因此對于高強度等級混凝土，應選用細度模數較大、含粉量低、亞甲藍值小的機制砂配制。

2.2混凝土力學試驗結果及分析

通過分析表3～5中混凝土的7d及28d強度數據可知，采用細度模數為2.5、含粉量為23%、亞甲藍值為4.2的A機制砂配制的C20混凝土強度比細度模數為3.2，含粉量為12%、亞甲藍值為0.8的C機制砂配制的C20混凝土28d強度高16.9%。分析其原因主要是C20混凝土膠凝材料用量較低，當細骨料的細度模數較大時，粗、細骨料所構成骨架的孔隙率較大，當水泥漿體不能充分填充這些空隙時，容易在硬化后的混凝土中形成對強度不力的有害孔隙。根據吳中偉的混凝土中的孔級劃分，將孔劃分為下列孔級：孔徑＜20nm(無害級孔，20～50nm(少害級孔)，50～200nm(有害級孔)，＞200nm(多害級孔)，并提出減小孔隙率，除去多害孔，減少有害孔就能得到較高的密實度和強度。因此，A機制砂中較高的含粉量能減少低強度等級混凝土的有害孔隙，提高混凝土的密實度從而提高混凝土的強度。對于C50混凝土，采用C機制砂配制的混凝土7d和28d強度均高，B機制砂配制的混凝土次之，A機制砂配制的混凝土強度不能達到C50混凝土的設計強度。這是由于高強度混凝土膠凝材料用量大，漿體足以充分填充粗、細骨料堆積形成的空隙，同時由于含粉量低、亞甲藍值低，C機制砂對水和外加劑的吸附較少，混凝土拌合物的和易性優良。而含粉量高、亞甲藍值也高的A機制砂需要吸附大量的外加劑和自由水，這些細粉顆粒不具有水化活性，水分揮發后在其周圍形成了孔隙，使混凝土孔隙率增大，同時這些孔隙與周圍孔隙連通的幾率也增加了，終影響硬化后混凝土的強度。

三、結語

機制砂的品質對混凝土拌合物的性能及硬化后混凝土的力學性能有很大影響，但不同品質的機制砂對不同強度等級的混凝土影響不同。細度模數小、含粉量高、亞甲藍值高的機制砂適宜配制中低強度的混凝土，而細度模數大、含粉量低、亞甲藍值低的機制砂適宜配制中高強度的混凝土。使用優質的機制砂配制混凝土不僅能減少外加劑的使用量，同時能降低坍落度的損失。