机制砂特性及应用机制砂特性及应用 西南交通大学西南交通大学 李李固华固华 • 一、机制砂的定义，发展 • 二、机制砂的生产 • 三、机制砂的性能 • 1、石粉与含泥量 • 2、粒型 • 3、级配 • 4、其他性能 • 5、机制砂标准的思考 • 四、机制砂混凝土配制技术 • 1常用方法 • 2当量粉体体积方法 • 3高性能混凝土方法 1、机制砂的定义，发展 • 1.1.机制砂定义机制砂定义 • 由机械破碎、筛分制成的，粒径小于 4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩，风不包括软质岩，风 化岩石化岩石的颗粒称为机制砂； • 由机制砂和天然砂混合制成的砂称为混合 砂 • 2002年2月1日起实施的国标GB/T14684- 2001《建筑用砂》首次增加了人工砂种类， 确定了人工砂的定义、技术要求和检验方 法，规定了凡经除土处理的机制砂、混合机制砂、混合 砂都同称为人工砂砂都同称为人工砂； • GB/T14684-2011《建设用砂》定义：由机 械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的 岩石颗粒，但不包括软质岩，风化岩石不包括软质岩，风化岩石的 颗粒称为机制砂。
机制砂俗称人工砂 1、机制砂的定义，发展 • 1.2、机制砂是细骨料发展的必然趋势 • （1）河砂枯竭 • 我国土木工程建设规模宏大 •水泥产量看1985年1.5亿吨，之后一直是世界第一位2010~11年达到18.8~19.2亿吨，估计混凝土 量50亿m3，占世界总量的58~60% • 四川河砂很丰富，周边地区如云南、贵州、重庆到四川如 广汉、简阳等地取砂现在河砂紧张，甚至很多工程周边 没有河砂可采 • （2）保护河床、水利，保护资源河砂和海砂相继禁止 开采 • 特别是离桥梁较近的河床，特别是在汛期，河床砂、卵石 严禁开采 •四川6人在大渡河（乐山）开采河砂，不听劝阻，开采8个月，被判刑2011-06-22 13:39:00 来源: 正义网-检察日报(北京) 1、机制砂的定义，发展 • （3）可持续发展要求应用人工砂（机制砂） • 用岩石生产机制砂 • 甚至建筑垃圾循环利用也将成为土木工程发展的必然趋势 • DGT J08-2018-2007 《再生混凝土应用技术规程》上海 市工程建设规范 • 2009年：CJJ134-2009建筑垃圾处理技术规范（建设部） • 2010年： • GB/T25176-2010《 混凝土和砂浆用再生细骨料》 GB/T25177-2010《混凝土用再生粗骨料》， • GB/T25033-2010《再生沥青混凝土》 • DB11北北 京京 市市 地地 方方 标标 准准《《再生混凝土结构设计规程再生混凝土结构设计规程》》 • 用建筑垃圾生产人工砂。
1、机制砂的定义，发展 • 1.3、机制砂存在问题 • 1、生产问题：设备（不是专用制砂机）与 生产工艺问题 • 2、机制砂质量不稳定问题， • 国内差别很大：区域差别、行业差别等 • 3、机制砂混凝土性能问题 • 对和易性、耐久性及表观质量影响很大 2、机制砂的生产 •2.1原材料： • 机制砂可选用石灰岩、砂岩、花岗岩等，以及隧 道洞渣等 • GB/T14684-2011《建设用砂》不要求母岩强度压碎值更严 • JGJ/T241-2011《人工砂混凝土应用技术规程》要求人工砂的 母岩强度： 项目 指标 火成岩变质岩沉积岩 母岩强度 （MPa） ≥100≥80≥60 理想状态： 强度适宜可以用作骨料，且能加工出较 好的粒形和级配 弹模适中弹模较高时，配制的混凝土弹 模较高，徐变较小，极限拉伸值较低 较好的坚固性和较低的吸水率 较小的线胀系数 有害物质含量低 骨料吸水率对混凝土干缩的影响 骨料品种吸水率 干缩率(10-6) 7d28d60d90d180d 玄武岩11.50%123322421441459 玄武岩20.52%81207257290300 某水利工程资料 粗骨料细骨料 水胶比 弹性模量(GPa) 名称弹模(GPa)名称弹模(GPa)28d90d180d 玄武岩50灰岩47 0.4230.735.936.4 0.5027.132.634.4 玄武岩50灰岩75 0.4230.132.934.8 0.5029.533.736.2 灰岩75.1灰岩75 0.4239.042.844.3 0.5034.638.541.1 华 东 院 李 新 宇 存放 一段 时间 2、机制砂的生产 • 2.1骨料的生产 • 初破：颚式破碎机 • 中破：反击式、圆锥式破碎机 • 制砂：专用设备如立轴式冲击破碎机。
2.2 机制砂生产 • 生产： 优质机制砂生产组合工艺 砂的粒度模数由3·54 降为2·77; 0·15mm含量由 12·88%上升到17·56%; 2.36 ~1·18mm粒径含 量由12·83%上升到 27·0%. 1·25~0·63mm粒径含 量由14·59%上升到 26·12% 优质机制砂生产组合工艺 日本机制砂在细骨料中的使用比例（南方路机）日本机制砂在细骨料中的使用比例（南方路机） 优质的机制砂指优质的机制砂指？？ 改善粒形和粒度后的砂改善粒形和粒度后的砂 可替代可替代70%以上的天然砂以上的天然砂（（普通普通砂３０％）砂３０％） VSI的2.5㎜以下 17 颚式破碎机 棒模式制砂机 反击破 圆锥式破碎机 立轴冲击式制砂机 立轴冲击式制砂机 立轴冲击制砂机 锤式制砂机 棒磨式制砂机 • 去粉尘的工艺 • （1）、水洗法 • （2）、干法 • （3）、半干法：先水洗原料，破碎后再用 吸尘 3.机制砂的特性 • 机制砂与河砂不同点： • 形成条件 • 粒型、颗粒组成 • 机制砂粒型：有棱角、针片状颗粒 • 级配、粉体等相差很大 对混凝土性能影响： • 1、和易性（影响最大）、可泵性和易性（影响最大）、可泵性 • 2、强度 • 3、耐久性：如抗冻性能等 新拌混凝土=粗骨料+细骨料+浆体 骨料占混凝土体积的骨料占混凝土体积的6565～～85%85%，对混凝土结构和性能影响十分重要，对混凝土结构和性能影响十分重要 劣质机制砂：混凝土工作性能 影响混凝土可泵 送性能 表观质量：混凝土表面泌水、泛砂 表观质量：混凝土表面泌水、泛砂 正常混凝土表观质量 3.机制砂的性能 • 3.1、机制砂的标准 • JGJ/T241-2011人工砂混凝土应用技术规程 • GB/T14684-2011《建设用砂》 • JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》 • 铁路、水利、电力等规范。
• 地方标准： •北京市DBJ/T01-65-2002《人工砂应用技术规范》 •上海市DG/TJ08-506-2002《机制砂在混凝土中应用》 •重庆市DB50/5030-2004《机制砂混合砂混凝土应用技术规程》 •贵州省DBJ52-55-2008 《高速公路机制砂高强混凝土技术规程 》 •福建省DBJ/T13-115-2009《混凝土中人工砂应用技术规定》 •云南、贵州、山东、广西、沈阳等地方标准 我国机制砂的生产 3.2、机制砂的特点 • 3.2、机制砂的特点 • 表面粗糙、有棱角，有较大的石粉石粉与河砂中泥不同 • 与天然砂石相比， • 机制砂石具有优势和特点（陈家珑教授）： • 第一，资源优势可利用各种废弃资源，符合科学发展观 和适应节约、循环型经济 • 第二，管理优势有稳定的法人主体；有固定的经营场所， 为加强管理创造了条件 • 第三，质量稳定优势固定的料源、稳定和机械化的生产 方式，保证了产品质量的稳定、可调和可控 • 特点：资源和地域经济造成机制砂石成本或价格差别较大 矿源品种多使得砂石质量和材性指标差别较大 • 认知：砂质量认识问题 • 机制砂性能及要求 • 1、机制砂的石粉与含泥量 • 2、机制砂的粒型 • 3、机制砂的级配 • 4、其他性能 3.2.1 机制砂的石粉与含泥量机制砂的石粉与含泥量 • 石粉是指人工砂中粒径小于75um的颗粒含 量。
• 含泥量是指天然砂中粒径小于75um的颗粒 含量 • 在机制砂中的泥土. • 国标规定国标规定: :应测试亚甲蓝应测试亚甲蓝MBMB值，决定其含有值，决定其含有 石粉还是含泥石粉还是含泥 石粉的最佳含量问题 • 不同国家的标准对石粉含量有不同的要求不同国家的标准对石粉含量有不同的要求 5~20% • 石粉的最佳含量受到多种因素的制约：石粉的最佳含量受到多种因素的制约：这些因素 包括母岩种类、粒形、粒度分布、比表面积、机 制砂的级配和细度模数以及混凝土强度等级、种 类、矿物掺合料以及使用环境等 • 石粉含量受含泥量的制约石粉含量受含泥量的制约 • 合理的石粉掺量对于混凝土的各种性能是有益的合理的石粉掺量对于混凝土的各种性能是有益的 事实上，由于不同石粉自身的差异性太多，不同 的研究人员在不同的实验中得到的最佳石粉含量 也不相同 • 石粉含量与含泥量石粉含量与含泥量 • 机制砂中的石粉机制砂中的石粉70%70%颗粒分布集中在颗粒分布集中在16um16um以上，平以上，平 均粒径为均粒径为36.9um36.9um • 天然砂中的泥粉天然砂中的泥粉70%70%颗粒分布集中在颗粒分布集中在16um16um以下，平以下，平 均粒径为均粒径为8.4um8.4um。
• 石粉的粒度分布填充混凝土骨料之间的空隙，其 到微骨料微骨料作用，还在一定程度上提高了混凝土保 水性和粘聚性，改善了混凝土工作性 • 蔡基伟蔡基伟对不同石灰岩质石粉过75um筛后，测量其 比表面积，其中高开湿粉比表面积为204m2/kg， 各种风选石粉比表面积为310-360m2/kg，远小于远小于 粘土的比表面积粘土的比表面积 • 大量的实验室试验证明，石粉含量可以大 幅度提高 • 不同的强度等级、不同流动性有不同的要 求甚至到15~20% • 为什么国家标准工程不敢放宽？实际工程为什么国家标准工程不敢放宽？实际工程 中不敢用？中不敢用？ 砂中含泥量混凝土性能影响砂中含泥量混凝土性能影响 举例：配比如下 砂含泥量对拌合物性能影响 砂含泥量对混凝土力学性能影响 砂含泥量对混凝土抗冻性能影响 含泥量对混凝土耐久性影响 编号编号 石子的含泥石子的含泥 量（量（% %）） 碳化深度（碳化深度（mmmm）） 3d3d7d7d14d14d28d28d AMC1AMC10.50.50.50.52.02.04.64.67.77.7 AMC2AMC21.01.01.41.45.75.77.87.810.610.6 AMC3AMC32.52.54.74.77.07.09.19.115.015.0 编号编号石子的含泥量（石子的含泥量（% %））相对氯离子渗透系数（相对氯离子渗透系数（××1010-12 -12m m2 2/s /s）） AMC1AMC10.50.51.491.49 AMC2AMC21.01.01.541.54 AMC3AMC32.52.52.252.25 含泥量对羧酸减水剂效果的影响 • 1、碱水效果降低 • 2、坍落度损失迅速增加 • 3、减水剂用量增加 • 4、混凝土强度等性能降低 含泥量对羧酸减水剂效果的影响含泥量对羧酸减水剂效果的影响 聚羧酸减水剂对砂的含泥量很敏感 对可溶性硫酸盐很敏感（四川某骨料用水量大） 3.2.2 机制砂粒型 组成： 0.15~4.75mm+0.15mm~0.75mm+0.75mm 以下颗粒。
0.75mm以下：分为 0.075~0.045mm+0.045mm以下 或：4.75mm以下或3.5mm（3.0mm、 2.36mm）以下 3.2.2 机制砂的粒型 • 英国标准 • BS882:1992 • 《用于混凝土的石料》中对石料形状分为 六个类别：圆型、不规则型、角锥型、 • 扁平型、长条型及扁长型 • 机制砂的粒形主要为角锥型，不规则型等角锥型，不规则型等 • 针片状定义：针2.4/1.8, 片0.4/0.6。