您所在的位置：首頁 > 專業(yè)文庫摘要：對3種巖石進行了機制砂的模擬生產(chǎn)和性能測試，結果發(fā)現(xiàn)，母巖的種類和特性對機制砂的影響很大，其中花崗巖制得的機制砂具有最好的流動性和較高的膠砂/混凝土強度，凝灰?guī)r機制砂工作性很差，玄武巖機制砂在流動性和強度表現(xiàn)上居中。XRD結果顯示，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于混凝土的堿骨料反應也有不利的影響。此外還針對2種級配討論了級配對機制砂性能的影響。提出的評價方法包括母巖的檢測、膠砂的流動度評價、強度評價和成分分析。
關鍵詞：機制砂；母巖；快速檢驗
隨著優(yōu)質(zhì)天然砂資源的減少，機制砂己經(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)機制砂的使用率并不是很高，但是在內(nèi)陸城市機制砂已經(jīng)成為主要用砂。各地區(qū)的機制砂性能差異明顯，主要體現(xiàn)在吸水率和對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，排除機制砂生產(chǎn)設備對機制砂的粒形和級配的影響，可以說石材、母巖的性能在很大程度上決定了機制砂的性能。
如何在機制砂投產(chǎn)前對母巖性能進行相關的檢驗，對于保障機制砂的性能和決定礦山是否適合生產(chǎn)性能優(yōu)異的機制砂至關重要。目前，還鮮有關于機制砂原料性能的對比研究報道，更多的是關于機制砂對混凝土性能影響方面的研究1。筆者結合福建沙縣機制砂生產(chǎn)前的相關試驗，圍繞母巖經(jīng)破碎后的機制砂性能進行了相關研究，根據(jù)GB/T14684—2001《建筑用砂》的要求，總結出一套機制砂原料選擇與快速檢驗方法，適用于機制砂生產(chǎn)前的母巖檢測。
1 機制砂的制備
由于巖石的分類方法和種類繁多，本文研究范圍選定最常見的3類巖石——花崗巖、玄武巖和凝灰?guī)r作為研究對象，以ISO標準砂級配的黃砂作為參考標準。
1.1 球磨機破碎
采用球磨機破碎方法模擬機制砂的生產(chǎn)過程，盡管與實際生產(chǎn)的顎式破碎機原理有所不同，但是此方法適合小規(guī)模的前期檢測。將石材敲碎到適合球磨機的粒徑大小，一般不大于50mm為宜。蓋上柵狀球磨機蓋，破碎的過程中，小于格柵尺寸的顆粒會不斷落到料倉里，這樣可以避免過度球磨造成細粉過多，也更接近實際生產(chǎn)工藝。球磨時間根據(jù)石材的硬度，石材硬度越高，相同時間落到料倉內(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，接下來進行篩余。
1.2 按級配配制機制砂
將破碎的料過篩，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葉卡死。級配設立依據(jù)：2個級配分別為粗砂和中砂，主要區(qū)別在于細粉含量，這是影響流動度的重要因素。也可以代表不同的制砂工藝:粗砂代表破碎時間較短、顆粒集中在大顆粒部分；中砂代表破碎時間較長，顆粒集中在中、細部分。
從外觀上也可以看出，花崗巖機制砂較為明亮，透明顆粒多；玄武巖機制砂為灰黑色，內(nèi)部較為致密，可見較多的結晶物質(zhì)；凝灰?guī)r為土黃色，內(nèi)部有較多粉狀物質(zhì)。
2 檢測內(nèi)容
2.1 快速檢測指標
(1)飽和面干吸水率
飽和面干吸水率是決定機制砂混凝土工作性、收縮以及耐久性的重要指標。吸水率過高會嚴重影響混凝土的工作性及經(jīng)時損失，也會造成更大的干縮以及耐久性的降低。
(2)膠砂流動度及損失
膠砂流動度是決定機制砂能否滿足混凝土工作性的決定性指標。為了更接近實際混凝土的使用情況，配比設計也更接近混凝土的配比，按m(水泥):m(機制砂):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。
影響膠砂流動度的2個因素為石材的種類和級配?；◢弾r機制砂有著和天然砂較為接近的流動性，而凝灰?guī)r機制砂則沒有任何流動度可言。
級配對流動度的影響可歸納為:細度模數(shù)越小、細顆粒越多，則流動性越差。盡管石粉對于混凝土的性能是有益的，相關文獻和標準對于石粉含量的要求為小于15%，但是測試結果表明，當小于0.15mm顆粒含量達到10%時會嚴重影響流動性，勢必造成用水量、外加劑、水泥用量的提升，方可實現(xiàn)理想的流動度。但是中砂混凝土的勻質(zhì)性會明顯優(yōu)于粗砂，所以當母巖材料較優(yōu)時應選擇中砂級配，以實現(xiàn)較好的工作性。
2.2 后期檢測指標
強度測試內(nèi)容包括:膠砂及混凝土7d抗壓強度、母巖抗壓強度、碎石壓碎指標，測試結果表明，母巖抗壓強度決定了機制砂的壓碎指標。母巖強度較高對應的碎石壓碎指標較小。較高母巖強度的機制砂一般表現(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度應該高于較低母巖強度的機制砂。
但由于機制砂的吸水率普遍高于天然砂，中砂的強度也會高于粗砂，凝灰?guī)r的吸水率最高，此時母巖強度對混凝土、膠砂強度的影響不如水灰比對強度的影響作用明顯，結合表3、表4工作性結果可以發(fā)現(xiàn)，凝灰?guī)r強度表現(xiàn)出的高值是由于較高的吸水率導致實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?shù)乃?，勢必要大幅增加凝灰?guī)r的用水量，其強度也勢必會大幅下降，會明顯低于另外二者。
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成分較為復雜，衍射圖背底較厚，而且Si02峰強度較小，含有較多的KAlSi3O8。
結合上述的相關測試可以得出結論，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，制得的機制砂具有更好的性能，如高致密度、高強度、低吸水率、較好的工作性以及更高的膠砂、混凝土強度。堿金屬物質(zhì)的存在遇水極為容易水解釋放出OH-，一是造成流動度的快速損失，二是引入的K、Na可能會引起堿集料反應，給混凝土耐久性造成不良影響。
2.4 母巖的目測方法
根據(jù)筆者的野外尋礦經(jīng)驗和XRD成分測試結果，以及膠砂、混凝土流動性和力學性能測試結果，通過肉眼觀察也可以大致推斷母巖是否適宜作為機制砂的生產(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，大都為類似于泥土的無定形物質(zhì)，玄武巖居中。因此在一定程度上，通過肉眼觀察，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、較低的母巖強度，反映在混凝土里則為很差的工作性和較低的強度(不考慮吸水效應的強度，即相當流動度的情況下，會有較低的強度)。該方法給野外的選礦帶來一定的判斷依據(jù)。
3 結語
通過對3種巖石2個級配共6種機制砂的全面研究，建立了一套系統(tǒng)的機制砂投產(chǎn)前的檢驗方以供相關的機制砂生產(chǎn)企業(yè)和施工單位參考。可以避免由于母巖特性導致不適合生產(chǎn)機制砂而產(chǎn)生的設備、人力、財力的浪費，同時對于機制砂的質(zhì)量控制也有重要作用。隨著機制砂的使用率逐步擴大，生產(chǎn)企業(yè)有必要對機制砂的質(zhì)量進行嚴格把關。
參考文獻：
[1]宋德明，宋業(yè)政，張存暖.不同石粉含量對機制砂混凝土性能的影響[J].水利建設與管理，2011(2):38-41.
[2]江小紅，宋康，張書博.機制砂的發(fā)展及應用與存在問題探討[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.同濟大學 先進土木工程材料教育部重點實驗室
2.福建同濟生態(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
