孫保金，張建業(yè)，顧淑英,王子儒

（1、蘇州市建設工程質量檢測中心有限公司 蘇州 215004；2、廣東紅墻新材料股份有限公司 廣東惠州 516127）

機制砂已成為解決天然砂短缺的重要途徑之一。2019年11月，工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展和改革委等十部門聯合發(fā)布《關于推進機制砂石行業(yè)高質量發(fā)展的若干意見》，提出機制砂石行業(yè)高質量發(fā)展目標，文件提出到2025年，形成較為完善合理的機制砂石供應保障體系，產品質量符合《建設用砂：GB/T 14684—2011》［1］等有關要求。隨著機制砂生產工藝劑標準的日益完善，采用機制砂制備出性能優(yōu)異的混凝土，且用于實際工程的案例也越來越多［2］。然而機制砂在粒形、級配及石粉含量等方面與天然砂存在差異，使得機制砂的應用與天然砂也存在顯著差異，因此，機制砂及機制砂應用問題，一直是研究熱點［3-8］。文章對不同特性的機制砂進行物理性能測試，采用膠砂試驗方法，分析了4批次機制砂的膠砂流動性能、力學性能及收縮性能，為機制砂更廣泛的應用提供相應參考。

1 試驗原材料及試驗設備

1.1 原材料

水泥：華潤水泥P.O42.5；標準稠度用水量27.5%；初凝時間162 min；終凝時間220 min；

機制砂：貴州產機制砂；水：符合《混凝土用水標準：JGJ63—2006》的自來水；減水劑，減縮劑：廣東紅墻新材料股份有限公司生產。

1.2 試驗設備

⑴符合《行星式膠砂攪拌機：JC/T681—2005》標準；

⑵符合《水泥膠砂流動度測定方法：GB/T 2419—2005》要求；

⑶MASTESIZER3000干濕二合一激光粒度儀；

⑷Prisma E掃描電子顯微鏡；

⑸全自動水泥膠砂抗折抗壓強度試驗機；

⑹砂漿收縮測定儀。

2 試驗方法

2.1 試驗用機制砂樣品制備

將機制砂中大于4.75 mm顆粒篩出，備用；試驗時將機制砂攤平成圓餅形狀，進行四分法取樣，以確保樣品均勻性。

2.2 機制砂MB值測試

進行機制砂亞甲藍值測定時參照文獻［1］和劉戰(zhàn)鰲等人［9］的研究，為增加試驗精度，試驗時每次量取亞甲藍體積由5 mL減小為2 mL，若色暈在5 min時消失，則再滴加1 mL，直至色暈可持續(xù)5 min。

2.3 機制砂流動性能測試

進行機制砂膠砂流動度試驗時，根據膠砂在無振動條件下的流動擴展度大小分為2種測量方式：①流動性較好時，將截錐試模與套模置于水平放置的玻璃板上，采用1次裝填試模的方式，然后取下套模，迅速提起截錐圓模，待膠砂不流動時用卡尺測量膠砂底面相互垂直的2個方向直徑，取其平均值作為該用水量條件下的自由膠砂流動度；②無流動性或流動性較?。z砂自由流動度小于150 mm）時，采用2次裝填試模的方式，裝填及成型過程參照文獻［1］，并進行25次跳動；跳動完畢后用卡尺測量膠砂底面相互垂直的2個方向直徑，取其平均值作為該用水量條件下的振動膠砂流動度。

2.4 機制砂力學性能測試

機制砂膠砂強度成型試驗時，先將機制砂與水泥進行攪拌混合，然后加入水與外加劑，低速攪拌60 s，再高速攪拌90 s；根據膠砂流動度的大小采用無振動成型與振動成型2種方式。無振動成型時1次裝填，進行相應插搗刮平；振動成型時采用分為2層裝填的方式，裝填及成型過程參照《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）：GB/T 17671—1999》［10］；成型后的膠砂試件置于養(yǎng)護箱中進行養(yǎng)護，24 h后拆模，拆模后的試件進行相應標記并置于水中進行相應齡期養(yǎng)護；依據文獻［10］進行膠砂力學性能測試。

2.5 機制砂收縮性能測試

根據高禮雄等人［11］的研究，并參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準：GB/T 50082—2009》，采用立式收縮儀進行膠砂收縮測定，即將膠砂試件置于收縮測定儀中，保持試件不受其他因素干擾，進行收縮測試。

3 試驗結果

3.1 機制砂物理性能

此次試驗時，機制砂中粒徑小于0.15 mm的顆粒稱為細粉；粒徑小于0.075 mm的顆粒稱為石粉。

表1的數據表明，機制砂3與機制砂4的MB值高于機制砂1與機制砂2，即機制砂3與機制砂4中對外加劑吸附性物質相對較高。機制砂4的粉體含量高于機制砂3，但機制砂4中石粉占細粉的比例遠低于機制砂3。機制砂2的粉體含量高于機制砂1，但2種機制砂中石粉占細粉的比例接近。由表2數據可以看出，機制砂1與機制砂3中的石粉細度相近；機制砂2與機制砂4中的石粉細度相近。

表1 4種機制砂物理性能差異Tab.1 Difference of Physical Properties of Four Kinds of Manufactured Sand

表2 4種機制砂中石粉的粒徑分布Tab.2 Particle Size Distribution of Stone Powder in Four kinds of Manufactured Sand

從圖1可以看出4種機制砂的石粉為多棱角顆粒，且機制砂2與機制砂4的大顆粒相比與機制砂1與機制砂3較多。機制砂1與機制砂2顆粒表面較光滑，機制砂3和機制砂4顆粒表面粗糙，存在團絮狀結構。

圖1 4種機制砂石粉形貌Fig.1 Morphology of Four Kinds of Manufactured Sand Powder

3.2 機制砂膠砂流動度差異

試驗所用膠砂配比為，水泥450 g；機制砂1 350 g；水灰比0.52；減水劑摻量3.0%；由表3試驗結果可以看出，在外加劑摻量相同的條件下，前2種機制砂的膠砂流動性明顯優(yōu)于后2種機制砂。這說明機制砂的MB值大于1.4后將對膠砂的流動性產生較大影響，即機制砂中存在對外加劑吸附性較強的顆粒，將引起外加劑作用效果減弱。在MB值相近的前提條件下，機制砂中細粉含量對膠砂的流動性也存在一定影響。由表3可以看出，存在較多細粉的機制砂2膠砂流動性略差于機制砂1；由表3還可以看出，機制砂3的膠砂流動性略差于機制砂4。雖然機制砂4的細粉含量相比與機制砂3較高，但石粉含量占細粉含量的比例遠低于機制砂3；機制砂4的此種粒度分布引起膠砂流動性略優(yōu)于機制砂3；這說明機制砂中對膠砂流動性產生重要影響的顆粒以小于0.075 mm顆粒為主。同時由表2石粉中的粒徑分布數據結果可以看出，機制砂4的比表面積小于機制砂3，且Dv（90）的粒徑較機制砂3大，即引起外加劑吸附的石粉相對較少，由此機制砂4的振動流動度較機制砂3大。從上述分析可以得出，相比石粉細度，MB值高的機制砂對膠砂流動度影響更大。

表3 4種機制砂膠砂流動度Tab.3 Mortar Fluidity of Four kinds of Manufactured Sand

3.3 機制砂膠砂強度差異

試驗所用膠砂配比為，水泥450 g；機制砂1 350 g；水灰比0.52；外加劑摻量3.0%。試驗結果表明，機制砂1與機制砂2的膠砂強度略高于機制砂3與機制砂4。圖2結果表明，在抗壓強度方面，對于膠砂流動性大而采用無振動成型的機制砂1與機制砂2，機制砂1膠砂強度略高于機制砂2；對于膠砂流動性差而采用振動成型的機制砂3與機制砂4，機制砂4的早期膠砂抗壓強度高于機制砂3 d、28 d膠砂抗壓強度相差不大。圖3結果表明，在抗折強度方面，同類型膠砂成型方式的2種機制砂抗折強度相近。成型膠砂試件時，流動性好的膠砂能夠自由充填試模，且試塊內部結構密實，較流動性差的膠砂強度高。對于同一成型方式的2種機砂，機制砂1與機制砂2時，在石粉含量占細粉含量百分比接近的情況下，石粉比表面積較大的機制砂1膠砂強度略高。機制砂3與機制砂4比較，石粉含量占細粉含量達90%以上的機制砂3膠砂的3 d、7 d強度略低于機制砂4 d、28 d強度值相差不大。

圖2 不同機制砂的膠砂抗壓強度Fig.2 Compressive Strength of Mortar with Different Manufactured Sand

圖3 不同機制砂的膠砂抗折強度Fig.3 Flexural Strength of Mortar with Different Manufactured Sand

4 減縮劑對膠砂收縮性能的影響

機制砂對混凝土收縮性能的影響是眾多學者的研究熱點，但在此方面的研究一直存在分歧［12-14］。部分專家認為石粉含量越多干燥收縮率越大，且隨齡期的增長，干縮率與石粉含量之間正相關；也有學者認為干縮隨石粉含量呈現先增大后減少的規(guī)律。根據文獻［11］，摻入減縮劑可改善機制砂混凝土干燥收縮。本文采用膠砂試件進行相關試驗，驗證減縮劑對機制砂膠砂試件收縮性能的改善。試驗選取細粉含量相對較高的機制砂2與機制砂4予以試驗，試驗結果如圖4、圖5所示。

圖4 機制砂2：減縮劑對機制砂收縮性能的影響Fig.4 Manufactured Sand 2:Effect of Shrinkage Reducing Agent on Shrinkage Properties of Manufactured Sand Mortar

圖5 機制砂4：不同摻量減縮劑時機制砂砂漿收縮性能變化曲線Fig.5 Manufactured Sand 4:Variation Curve of Shrinkage Properties of Manufactured Sand Mortar with Different Dosage of Shrinkage Reducing Agent

由圖4的試驗結果可以看出，摻入2%減縮劑后，機制砂2膠砂試件的收縮率降低，其中1 d、7 d、56 d收縮值降低了68%、43%、35%，即減縮劑可降低水泥膠砂試件各齡期的收縮。圖5的試驗結果可以看出，摻入減縮劑后，機制砂4成型的膠砂試件收縮率值降低，減縮劑摻量1%時，1 d、7 d和56 d膠砂收縮值降低了56%、40%和27%；減縮劑摻量2%時，1 d、7 d和56 d膠砂收縮值降低了75%、55%和40%，隨減縮劑摻量的提高，減縮效果增加。

5 結論

⑴MB值是影響機制砂膠砂流動度的主要因素，不同機制砂砂粉微觀形貌差異較大，MB值較高的機制砂粉體顆粒表面較粗糙。

⑵不同機制砂膠砂強度差異較大，強度差異原因仍需試驗分析。

⑶減縮劑的可降低機制砂膠砂試件的收縮率值，減縮劑摻量1%、2%時，膠砂試件56 d收縮率值分別降低約30%和40%。