您所在的位置：首頁(yè) > 專(zhuān)業(yè)文庫(kù)摘要：對(duì)3種巖石進(jìn)行了機(jī)制砂的模擬生產(chǎn)和性能測(cè)試，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，母巖的種類(lèi)和特性對(duì)機(jī)制砂的影響很大，其中花崗巖制得的機(jī)制砂具有最好的流動(dòng)性和較高的膠砂/混凝土強(qiáng)度，凝灰?guī)r機(jī)制砂工作性很差，玄武巖機(jī)制砂在流動(dòng)性和強(qiáng)度表現(xiàn)上居中。XRD結(jié)果顯示，較高Si02含量和較少堿金屬元素含量的巖石是理想的機(jī)制砂原料，反之則表現(xiàn)出較差的工作性，而且堿金屬元素的存在對(duì)于混凝土的堿骨料反應(yīng)也有不利的影響。此外還針對(duì)2種級(jí)配討論了級(jí)配對(duì)機(jī)制砂性能的影響。提出的評(píng)價(jià)方法包括母巖的檢測(cè)、膠砂的流動(dòng)度評(píng)價(jià)、強(qiáng)度評(píng)價(jià)和成分分析。
關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；母巖；快速檢驗(yàn)
隨著優(yōu)質(zhì)天然砂資源的減少，機(jī)制砂己經(jīng)成為一種替代資源，逐步取代天然砂，為混凝土主要原料之一。目前沿河、沿海地區(qū)機(jī)制砂的使用率并不是很高，但是在內(nèi)陸城市機(jī)制砂已經(jīng)成為主要用砂。各地區(qū)的機(jī)制砂性能差異明顯，主要體現(xiàn)在吸水率和對(duì)混凝土的工作性影響方面。比較其主要影響因素為石材的特性，排除機(jī)制砂生產(chǎn)設(shè)備對(duì)機(jī)制砂的粒形和級(jí)配的影響，可以說(shuō)石材、母巖的性能在很大程度上決定了機(jī)制砂的性能。
如何在機(jī)制砂投產(chǎn)前對(duì)母巖性能進(jìn)行相關(guān)的檢驗(yàn)，對(duì)于保障機(jī)制砂的性能和決定礦山是否適合生產(chǎn)性能優(yōu)異的機(jī)制砂至關(guān)重要。目前，還鮮有關(guān)于機(jī)制砂原料性能的對(duì)比研究報(bào)道，更多的是關(guān)于機(jī)制砂對(duì)混凝土性能影響方面的研究1。筆者結(jié)合福建沙縣機(jī)制砂生產(chǎn)前的相關(guān)試驗(yàn)，圍繞母巖經(jīng)破碎后的機(jī)制砂性能進(jìn)行了相關(guān)研究，根據(jù)GB/T14684—2001《建筑用砂》的要求，總結(jié)出一套機(jī)制砂原料選擇與快速檢驗(yàn)方法，適用于機(jī)制砂生產(chǎn)前的母巖檢測(cè)。
1 機(jī)制砂的制備
由于巖石的分類(lèi)方法和種類(lèi)繁多，本文研究范圍選定最常見(jiàn)的3類(lèi)巖石——花崗巖、玄武巖和凝灰?guī)r作為研究對(duì)象，以ISO標(biāo)準(zhǔn)砂級(jí)配的黃砂作為參考標(biāo)準(zhǔn)。
1.1 球磨機(jī)破碎
采用球磨機(jī)破碎方法模擬機(jī)制砂的生產(chǎn)過(guò)程，盡管與實(shí)際生產(chǎn)的顎式破碎機(jī)原理有所不同，但是此方法適合小規(guī)模的前期檢測(cè)。將石材敲碎到適合球磨機(jī)的粒徑大小，一般不大于50mm為宜。蓋上柵狀球磨機(jī)蓋，破碎的過(guò)程中，小于格柵尺寸的顆粒會(huì)不斷落到料倉(cāng)里，這樣可以避免過(guò)度球磨造成細(xì)粉過(guò)多，也更接近實(shí)際生產(chǎn)工藝。球磨時(shí)間根據(jù)石材的硬度，石材硬度越高，相同時(shí)間落到料倉(cāng)內(nèi)的碎料越少，也可以此觀察石材的硬度。出料質(zhì)量在5kg左右便可以停止球磨，接下來(lái)進(jìn)行篩余。
1.2 按級(jí)配配制機(jī)制砂
將破碎的料過(guò)篩，篩網(wǎng)尺寸分別為:0.15、0.31、0.63、1.18、2.26、4.75mm。大于4.75mm的顆粒不用，以免造成膠砂攪拌機(jī)葉卡死。級(jí)配設(shè)立依據(jù)：2個(gè)級(jí)配分別為粗砂和中砂，主要區(qū)別在于細(xì)粉含量，這是影響流動(dòng)度的重要因素。也可以代表不同的制砂工藝:粗砂代表破碎時(shí)間較短、顆粒集中在大顆粒部分；中砂代表破碎時(shí)間較長(zhǎng)，顆粒集中在中、細(xì)部分。
從外觀上也可以看出，花崗巖機(jī)制砂較為明亮，透明顆粒多；玄武巖機(jī)制砂為灰黑色，內(nèi)部較為致密，可見(jiàn)較多的結(jié)晶物質(zhì)；凝灰?guī)r為土黃色，內(nèi)部有較多粉狀物質(zhì)。
2 檢測(cè)內(nèi)容
2.1 快速檢測(cè)指標(biāo)
(1)飽和面干吸水率
飽和面干吸水率是決定機(jī)制砂混凝土工作性、收縮以及耐久性的重要指標(biāo)。吸水率過(guò)高會(huì)嚴(yán)重影響混凝土的工作性及經(jīng)時(shí)損失，也會(huì)造成更大的干縮以及耐久性的降低。
(2)膠砂流動(dòng)度及損失
膠砂流動(dòng)度是決定機(jī)制砂能否滿足混凝土工作性的決定性指標(biāo)。為了更接近實(shí)際混凝土的使用情況，配比設(shè)計(jì)也更接近混凝土的配比，按m(水泥):m(機(jī)制砂):m(水)=500:1250:200，脂肪族系列減水劑[固含量(30±0.5)%，減水率21%]摻量占水泥質(zhì)量的1.8%配制膠砂
(3)混凝土坍落度及損失
按m(水泥):m(水):m(機(jī)制砂):m(石)=367:183.5:850:995及m(水泥):m(水):m(黃砂):m(石)=367:183.5:905:940，脂肪族系減水劑摻量占水泥質(zhì)量1.8%的配比配制混凝土。
影響膠砂流動(dòng)度的2個(gè)因素為石材的種類(lèi)和級(jí)配?；◢弾r機(jī)制砂有著和天然砂較為接近的流動(dòng)性，而凝灰?guī)r機(jī)制砂則沒(méi)有任何流動(dòng)度可言。
級(jí)配對(duì)流動(dòng)度的影響可歸納為:細(xì)度模數(shù)越小、細(xì)顆粒越多，則流動(dòng)性越差。盡管石粉對(duì)于混凝土的性能是有益的，相關(guān)文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于石粉含量的要求為小于15%，但是測(cè)試結(jié)果表明，當(dāng)小于0.15mm顆粒含量達(dá)到10%時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響流動(dòng)性，勢(shì)必造成用水量、外加劑、水泥用量的提升，方可實(shí)現(xiàn)理想的流動(dòng)度。但是中砂混凝土的勻質(zhì)性會(huì)明顯優(yōu)于粗砂，所以當(dāng)母巖材料較優(yōu)時(shí)應(yīng)選擇中砂級(jí)配，以實(shí)現(xiàn)較好的工作性。
2.2 后期檢測(cè)指標(biāo)
強(qiáng)度測(cè)試內(nèi)容包括:膠砂及混凝土7d抗壓強(qiáng)度、母巖抗壓強(qiáng)度、碎石壓碎指標(biāo)，測(cè)試結(jié)果表明，母巖抗壓強(qiáng)度決定了機(jī)制砂的壓碎指標(biāo)。母巖強(qiáng)度較高對(duì)應(yīng)的碎石壓碎指標(biāo)較小。較高母巖強(qiáng)度的機(jī)制砂一般表現(xiàn)出較高的表觀密度和較低的吸水性，按照常理，其膠砂或混凝土的強(qiáng)度應(yīng)該高于較低母巖強(qiáng)度的機(jī)制砂。
但由于機(jī)制砂的吸水率普遍高于天然砂，中砂的強(qiáng)度也會(huì)高于粗砂，凝灰?guī)r的吸水率最高，此時(shí)母巖強(qiáng)度對(duì)混凝土、膠砂強(qiáng)度的影響不如水灰比對(duì)強(qiáng)度的影響作用明顯，結(jié)合表3、表4工作性結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，凝灰?guī)r強(qiáng)度表現(xiàn)出的高值是由于較高的吸水率導(dǎo)致實(shí)際參與水化的有效水灰比較小造成的。若將它們工作性調(diào)整至相當(dāng)?shù)乃?，?shì)必要大幅增加凝灰?guī)r的用水量，其強(qiáng)度也勢(shì)必會(huì)大幅下降，會(huì)明顯低于另外二者。
花崗巖的組成非常單一，基本上由Si02組成；玄武巖除了SiO2外，還含有一定量的不定型物質(zhì)，其成分為Ni、Mg、Al等；而凝灰?guī)r成分較為復(fù)雜，衍射圖背底較厚，而且Si02峰強(qiáng)度較小，含有較多的KAlSi3O8。
結(jié)合上述的相關(guān)測(cè)試可以得出結(jié)論，巖石成分中Si02含量越高，其它礦物含量越少，尤其是堿金屬元素含量越少，制得的機(jī)制砂具有更好的性能，如高致密度、高強(qiáng)度、低吸水率、較好的工作性以及更高的膠砂、混凝土強(qiáng)度。堿金屬物質(zhì)的存在遇水極為容易水解釋放出OH-，一是造成流動(dòng)度的快速損失，二是引入的K、Na可能會(huì)引起堿集料反應(yīng)，給混凝土耐久性造成不良影響。
2.4 母巖的目測(cè)方法
根據(jù)筆者的野外尋礦經(jīng)驗(yàn)和XRD成分測(cè)試結(jié)果，以及膠砂、混凝土流動(dòng)性和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，通過(guò)肉眼觀察也可以大致推斷母巖是否適宜作為機(jī)制砂的生產(chǎn)原料。花崗巖中含有更多發(fā)光的晶體物質(zhì)，而在凝灰?guī)r中則很少見(jiàn)，大都為類(lèi)似于泥土的無(wú)定形物質(zhì)，玄武巖居中。因此在一定程度上，通過(guò)肉眼觀察，石材較為明亮、致密、晶體較多的則一般情況下非常適宜作為優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂原料，反之石材暗淡、內(nèi)部含有較多粉狀物質(zhì)、較為疏松的巖石則具有較高的吸水率、較低的母巖強(qiáng)度，反映在混凝土里則為很差的工作性和較低的強(qiáng)度(不考慮吸水效應(yīng)的強(qiáng)度，即相當(dāng)流動(dòng)度的情況下，會(huì)有較低的強(qiáng)度)。該方法給野外的選礦帶來(lái)一定的判斷依據(jù)。
3 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)對(duì)3種巖石2個(gè)級(jí)配共6種機(jī)制砂的全面研究，建立了一套系統(tǒng)的機(jī)制砂投產(chǎn)前的檢驗(yàn)方以供相關(guān)的機(jī)制砂生產(chǎn)企業(yè)和施工單位參考?？梢员苊庥捎谀笌r特性導(dǎo)致不適合生產(chǎn)機(jī)制砂而產(chǎn)生的設(shè)備、人力、財(cái)力的浪費(fèi)，同時(shí)對(duì)于機(jī)制砂的質(zhì)量控制也有重要作用。隨著機(jī)制砂的使用率逐步擴(kuò)大，生產(chǎn)企業(yè)有必要對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)。
參考文獻(xiàn)：
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[2]江小紅，宋康，張書(shū)博.機(jī)制砂的發(fā)展及應(yīng)用與存在問(wèn)題探討[J].甘肅科技，2011，27(1):82-83.
作者：秦廉1，張雄1，伍根伙2，李仰根2，張潔龍3
1.同濟(jì)大學(xué) 先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
2.福建同濟(jì)生態(tài)環(huán)境材料有限公司
3.上海建工房產(chǎn)公司
編輯：趙虹旭
