机制砂在干混砂浆中的应用进展_徐浩.pdf

近年来，随着我国工业市场经济的迅速发展，工程建设整体规模越来越趋于大型化，从而间接加快了我国干混砂浆的发展。2020年，我国干混砂浆年产量已超过1.2亿t，并呈逐年递增趋势。干混砂浆具有质量稳定、使用方便、可大规模生产等优点1，其主要由天然砂、水泥和外加剂组成，其中天然砂因收稿日期：2022-11-12基金项目：高性能混凝土、干混砂浆制备关键技术研究与应用（K22-01430000-017）作者简介：徐浩，男，在读硕士研究生，主要研究方向为水泥基材料。引文格式：徐浩，陈飞进，傅宏鑫，等.机制砂在干混砂浆中的应用进展 J.市政技术，2023，41（3）：12-18.（XU H，CHEN F J，FU H X，et al.Application progress of machine-made sand in dry-mixed mortar J.Journal of municipal technology，2023，41（3）：12-18.）文章编号：1009-7767（2023）03-0012-07第41卷第3期2023年3月Vol.41，No.3Mar.2023DOI:10.19922/j.1009-7767.2023.03.012Journal of Municipal Technology机制砂在干混砂浆中的应用进展徐浩1，2*，陈飞进2，傅宏鑫2，严君平2，何智海1，2（1.绍兴文理学院 土木工程学院，浙江 绍兴 312000；2.浙江磊帮新型建材有限公司，浙江 东阳 322100）摘要：天然砂资源短缺、分布不平衡，是制约干混砂浆发展的关键因素之一，因此寻找其他细骨料代替天然砂迫在眉睫。机制砂产量丰富且基本性能与天然砂类似，使用机制砂取代天然砂制备机制砂干混砂浆是必然趋势。通过对比分析了机制砂取代率、母岩种类、颗粒级配以及石粉含量对干混砂浆工作性能、力学性能等性能的影响，同时探究了其作用机理。结果表明：机制砂取代率、母岩种类、颗粒级配以及石粉含量四大因素均会不同程度上影响干混砂浆的和易性、抗压强度和拉伸粘结强度；干混砂浆的耐久性和抗渗性主要通过调整机制砂的颗粒级配和石粉含量来控制，其他因素对其影响较小。在此基础上，对未来机制砂干混砂浆的相关研究和应用提出了展望。关键词：机制砂；干混砂浆；工作性能；力学性能；作用机理中图分类号：TU 528文献标志码：AApplication Progress of Machine-made Sand in Dry-mixed MortarXu Hao1，2*，Chen Feijin2，Fu Hongxin2，Yan Junping2，He Zhihai1，2（1.College of Civil Engineering，Shaoxing University，Shaoxing 312000，China；2.Zhejiang Leibang New Building Materials Co.，Ltd.，Dongyang 322100，China）Abstract：The shortage of natural sand resources and unbalanced distribution are one of the bottlenecks in the de-velopment of dry mixed mortar.It is urgent to find fine aggregate to replace natural sand.The production of machine-made sand is abundant and its basic performance is similar to that of natural sand.It is an inevitable trend to replacenatural sand to prepare dry-mixed mortar with machine-made sand.The influence of replacement rate of machine-made sand，parent rock type，particle size distribution and stone powder content on the working performance andmechanical performance of dry mixed mortar are compared and analyzed，and the mechanism is explored.The resultsshow that the workability，compressive strength and tensile bond strength of dry mixed mortar are varying degree af-fected by four factors of replacement rate of manufactured sand，parent rock type，particle size grading and stonepowder content；The durability and impermeability of dry-mixed mortar are mainly controlled by adjusting the par-ticle size grading and stone powder content of manufactured sand，while other factors have less influence.On thisbasis，the future research and application of dry-mixed mortar with manufactured sand are looked into the future.Key words：machine made sand；dry-mixed mortar；work performance；mechanical property；action mechanism第3期具有表面光滑、质地坚硬、含粉量低等特点被广泛使用。但近年来由于建筑行业的快速发展以及人们对天然砂的大规模开采，导致天然砂资源日渐紧缺，且作为一种短期内不可再生的地方性资源，部分地区已经出现没有天然砂可用的情况，成为制约建筑行业发展的关键因素2。除此之外，天然砂资源还存在分布不平衡的问题，部分地区需要常年向其他地区购买天然砂，其中交通运输所产生的费用大大增加了施工成本。为了有效解决这类问题，我国有关部门一直在出台相关法规保护天然砂的开采并积极引导企业使用新型的细骨料来代替天然砂。我国拥有大量的石灰岩和花岗岩，其中石灰岩储量约占世界总储量的64%，主要分布在贵州、四川、重庆、云南等地区，花岗岩则广泛分布于我国东南部和东北部。因此大量研究人员将石灰岩或花岗岩破碎后制成机制砂来取代天然砂生产干混砂浆，他们发现机制砂干混砂浆的整体性能优异，各性能指标均在规范要求之内。自此，机制砂逐渐步入人们的视野中。据统计，2021年我国机制砂在总的砂石消耗中占比高达86%，机制砂的应用在我国已经较为普遍。机制砂的生产设备主要有3种：制砂设备、筛分设备和选粉设备。经过3道工序生产出来的机制砂才能用作干混砂浆的细骨料原材料3。由于机制砂质量的可控性，机制砂干混砂浆普遍受到我国干混砂浆企业的喜爱，尤其是在石灰岩和花岗岩资源丰富的地区，机制砂已经成为主流的细骨料原材料之一。利用机制砂取代天然砂制备机制砂干混砂浆可以有效解决天然砂资源短缺以及砂浆强度不足等问题4。所以，为了减轻天然砂资源紧缺的压力，促进土木工程行业的发展，贯彻可持续发展观，研究与应用机制砂干混砂浆是当下干混砂浆行业的必然趋势。1机制砂生产与特点机制砂俗称人工砂，是由岩石或卵石等经除土开采、机械破碎、筛分而成的公称粒径小于4.75 mm的岩石或卵石（不包括软质岩和风化岩）颗粒5。目前我国机制砂的生产方式主要有2种：1）挑选优质的岩石，对其进行系统化的破碎，采用该方式生产出来的机制砂具有级配合理、细度模数稳定、粒形优良、石粉含量适中、含泥量较少等优点；2）对岩石尾矿或生产粗集料后的碎石进行破碎加工并筛分，去除多余的石粉后形成机制砂，该方法是目前我国生产机制砂的主要方式6。图1为机制砂生产流程图。国内外专家学者研究发现，在机制砂生产过程中，优质的母岩、合理的工艺制备流程以及先进的制砂设备均会极大地影响生产出来的机制砂质量7。因此，在机制砂的实际生产中这三点尤为重要。机制砂具有颗粒粗糙、形状不规则、棱角分明以及石粉含量不稳定等特点。机制砂的优点：1）适合机制砂生产的母岩种类较多且储量丰富，因此机制砂的产能上限较高；2）机制砂中含有较多石粉，但含泥量较少，适量石粉有助于改善混凝土的内部孔隙结构，提高其力学性能；3）机制砂的细度模数和颗粒级配可控，可以通过调整设备参数来调整机制砂的细度模数和颗粒级配，同时也保证了机制砂的质量。机制砂的缺点：1）机制砂的质量受母岩影响较大，部分母岩生产出来的机制砂物理性能优于天然砂，因此在生产过程中最好使用同一种母岩生产机制砂；2）机制砂的孔隙率较大8。不少学者认为，与天然砂相比，机制砂作为细骨料添加到混凝土中能有效提高混凝土的强度，这是由于其不规则的形状能增大与其他材料之间的摩擦，从而使混凝土拥有更加致密的内部结构9。但也有学者认为，将机制砂取代天然砂会导致混凝土的强度有所下降，其主要原因是机制砂中的石粉含量远大于天然砂，且石粉含量不稳定，过量的石粉会极大地降低混凝土的强图1机制砂生产流程图Fig.1 Flow chart of manufactured sand production徐浩等：机制砂在干混砂浆中的应用进展13Journal of Municipal Technology第41卷度10。刘桂凤等11研究发现，可以通过调整机制砂中石粉的含量来保证干混砂浆强度不受影响的同时，改善干混砂浆的和易性，使干混砂浆的性能得到有效提升；刘桂凤等还通过调整机制砂中粗砂、中砂、细砂的比例使其达到最优级配，从而在干混砂浆中更好地发挥细骨料的作用。2机制砂对干混砂浆和易性的影响2.1对干混砂浆凝结时间的影响研究表明，干混砂浆凝结时间会受到机制砂母岩种类与机制砂中石粉含量的影响，两者均会在不同程度上延缓干混砂浆的凝结时间。梁德兴12研究了不同岩性机制砂对干混砂浆凝结时间的影响，结果表明，与天然砂相比，花岗岩机制砂、砂岩机制砂、石灰岩机制砂干混砂浆的初凝时间和终凝时间均有所延长，其中砂岩机制砂缓凝时间最长，延缓了1.5 h。由此说明机制砂取代天然砂会延长干混砂浆的凝结时间。赵常齐13研究发现，干混砂浆凝结时间总体随着机制砂中石粉含量的增多而延长，但影响不大，且规律性不稳定，甚至当石粉含量为15%时，干混砂浆凝结时间较基准组缩短了45 min，这与李元可14所研究的石粉对干混砂浆凝结时间的影响结果相似。出现此类现象的主要原因是大部分石粉为惰性材料，石粉的掺入会减弱胶凝材料的水化反应，从而延缓凝结时间，但部分较细石粉由于具有较大的比表面积而具有一定的活性，可以发挥“晶核作用”，促进钙矾石（AFt）的生成，缩短凝结时间，两者互相影响才导致了石粉对干混砂浆凝结时间影响的不规律性。2.2对干混砂浆稠度的影响干混砂浆的和易性可通稠度和保水性2个指标来进行表征。陈宗平等15研究了机制砂取代率从0%100%对干混砂浆稠度的影响，结果表明，对于石灰岩类机制砂，干混砂浆稠度整体随着机制砂取代率的增加而增大，当机制砂取代率为75%时，干混砂浆稠度达到最大值，约为基准组的1.44倍；但对于卵石类机制砂，却得到了相反的规律，即随着机制砂取代率的增加干混砂浆稠度呈线性下降趋势，当机制砂完全取代天然砂时，干混砂浆稠度仅为基准组的58%，如图2所示。任启欣等16也得到了相似的结论，即随