混凝土用機制砂
砂是混凝土的主要原材料。隨著建筑業(yè)的發(fā)展，砂的用量越來越大，質(zhì)量要求越來越高，天然砂資源迅速減少，過度開采河砂對河床以及植被造成破壞，導(dǎo)致天然砂的使用成本越來越高。為了節(jié)省開采成本，同時減少對自然環(huán)境的破壞，人工砂成為了細骨料供應(yīng)的主要來源之一。人工砂又稱為機制砂，是巖石開采、機械破碎、篩分而成的公稱粒徑小于5mm的巖石顆粒粉末。
圖1.1 混凝土用機制砂
1．機制砂的特點
1、機制砂經(jīng)過破碎處理，其顆粒呈不規(guī)則的形態(tài)，比表面積比天然砂要大。
2、機制砂質(zhì)地堅硬，規(guī)格不均勻，細度模數(shù)偏高，多為3.0以上，粒徑1.25mm以上顆粒一般占總量的48～55％，粒徑0.16～0.315mm顆粒占10％左右。
3、機制砂棱角多，表面比較粗糙，單獨用于混凝土很難滿足其工作性要求，可將之與天然砂進行摻配使用，以填充顆粒級配的中間部分，使機制砂細度模數(shù)和級配符合要求。
4、機制砂中含有的石粉和泥的粒徑雖然都小于0.075mm，但是他們的成分不同，細度相差也較大。泥顆粒大多小于0.016mm，而石粉顆粒大多都在0.016～0.075mm之間。泥吸附在砂的表面，妨礙砂與水泥的粘結(jié)，而適量的石粉可以填充在水泥、細砂的空隙之間，增強機制砂混凝土的工作性，但過量的石粉會增大混凝土的用水量，降低混凝土的強度。在機制砂生產(chǎn)過程中為能除去大部分石粉，往往將300μm以下顆粒清除了大部分，從而導(dǎo)致機制砂顆粒級配不好，細度模數(shù)偏大，這時就要和天然砂配合使用，以保證混凝土的和易性等性能。
2. 機制砂的優(yōu)勢
1、機制砂的來源廣、資源豐富。河沙資源緊缺,國家對河砂開采監(jiān)控力度越來越大,很多地方已經(jīng)禁止開采。而機制砂可以利用多種礦石直接加工而成,相對資源豐富。
2、機制砂與材料易融合。河砂經(jīng)水流沖刷通常表面比較的光滑,而機制砂斷面多、表面粗糙,機制砂顆粒可以更好地與水泥等膠凝材料結(jié)合。
3.機制砂可以實現(xiàn)環(huán)保。機制砂的原材料可來源于一些固體廢棄物,同時在城市規(guī)劃建設(shè)中大量的建筑垃圾可以通過移動式破碎機進行破碎,用來生產(chǎn)加工再生骨料,既解決了環(huán)境污染的問題又提高了自然資源的利用率。
4.機制砂價格便宜。河砂資源緊張,所以價格越來越高,機制砂在各地的價格不盡相同,但基本都比河砂便宜很多,可以降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。
3．機制砂的原材料要求生產(chǎn)工藝
可以作為人工制砂的原材料有很多,一般有花崗巖、玄武巖、河卵石、鵝卵石、石灰石、方解石、安山巖、流紋巖、閃長巖、輝綠巖、砂巖、尾礦、礦渣、石英石。好的機制砂擁有良好的級配，從粒型來看，多為多棱狀體，具有更大的比表面積，便于水泥、添加劑的粘接，利于提高混凝土的強度，能滿足生產(chǎn)建筑用砂的標準要求。
3.1機制砂原材料的要求如下
3.1.1宜采用開采的新鮮母巖制作，母巖巖石抗壓強度宜滿足：
1）Ⅰ類砂：不宜少于80MPa；
2）Ⅱ類砂：不宜少于60MPa；
3）Ⅲ類砂：不宜少于30MPa。
3.1.2機制砂母巖的堿集料反應(yīng)活性應(yīng)滿足：
1）Ⅰ類砂母巖應(yīng)不具有堿活性反應(yīng)；
2）Ⅱ類砂，Ⅲ類砂的母巖含有堿-硅酸反應(yīng)活性礦物且具有堿活性反應(yīng)性，應(yīng)根據(jù)使用要求進行堿集料反應(yīng)試驗；
3.1.3不宜使用具有堿-碳酸鹽反應(yīng)活性的巖石制作機制砂。
3.2機制砂主要分為干法和濕法兩類生產(chǎn)工藝
干法加工工藝流程如下圖：
濕法加工工藝流程如下圖：
兩種方法的差異如下：
干法加工工藝
濕法加工工藝
用水量
不需要水
生產(chǎn)過程中需要消耗大量的水資源
環(huán)境影響
公認的比較好的工藝，對環(huán)境影響較小，可用布袋除塵器除塵，對環(huán)境影響小
對環(huán)境影響較大
成品砂石粉、泥巴的處理
用選粉機去掉成品砂中的粉末
用水洗可以去掉沙中的泥粉、石粉，后期上壓濾機洗砂
4.機制砂的主要生產(chǎn)設(shè)備
機制砂的生產(chǎn)設(shè)備主要分為破碎設(shè)備和制砂設(shè)備。
4.1機制砂主要破碎設(shè)備：
1）顎式破碎機（如圖2.1）：主要用于物料的初碎，出料口可在300-400mm之間調(diào)節(jié)，其最大進料粒徑為1500mm，顎式破碎機的主要特點是破碎率大、進口大、價格低、成本回收快、適應(yīng)惡劣工作環(huán)境。
圖2.1 顎式破碎機
2）反擊式破碎機（如圖2.2）：抗壓能力高達350Mpa,適用于破碎堅硬巖石。反擊式破碎機的優(yōu)勢是抗壓能力高，破碎物料多為立方體。但如果物料的抗壓能力高，反擊式破碎機的磨損也會嚴重。因此，如果粒徑允許，反擊式破碎機破碎的物料可以直接當做人工砂石骨料使用。
圖2.2反擊式破碎機
3）圓錐破碎機（如圖2.3）：可用于物料的中碎或細碎，因而其最大進料粒徑為350mm，圓錐破碎機有過載保護裝置，其最大的優(yōu)勢是故障率小、運行穩(wěn)定、磨損小。
圖2.3圓錐破碎機
4.2生產(chǎn)機制砂常用的制砂設(shè)備介紹
1）HVI制砂機（如圖3.1）是一款新型制砂機設(shè)備，最大進料粒徑小于55mm，采用深腔葉輪，可有效提升產(chǎn)能，由于周邊護板上下掉頭，從而有效提高了設(shè)備的使用壽命，用HVI制砂機制作的機制砂粒徑均勻，質(zhì)量很好。
圖3.1HVI制砂機
2）VSI制砂機（如圖3.2）又名立軸沖擊式制砂機，VSI制砂機的優(yōu)點是處理量大，節(jié)能，進料方式可自行調(diào)節(jié)，VSI制砂機應(yīng)用范圍廣，加工能力強。
圖3.2VSI制砂機
3）移動制砂機（如圖3.3）由移動破碎站和制砂機組成，是一款車載移動碎石設(shè)備，可以直接進入制砂廠，投資快，回收效益高，可以在短時間內(nèi)收回成本。
圖3.3移動制砂機
5．機制砂在混凝土中的應(yīng)用及影響因素
機制砂混凝土性能及混凝土用水量除了與機制砂本身的材質(zhì)有關(guān)外，機制砂的石粉含量大小起到重要作用。當石粉含量為0～4％時，機制砂用水量無明顯增加，石粉含量4～6％時，用水量增加5kg，石粉含量6～10％時，用水量增加5～10kg，石粉含量10～15％時，用水量增加10～20kg。隨著機制砂中石粉含量的偏高，其用水量也相應(yīng)增加，導(dǎo)致混凝土的水膠比發(fā)生變化，從而影響混凝土強度。對于某一強度等級混凝土來說，混凝土抗壓強度隨著機制砂石粉含量的增加先增加后降低。這是由于機制砂的石粉在混凝土中主要起到兩個方面的作用：一方面，石粉含量在該強度等級混凝土要求的最佳含量以下時，機制砂可以有效填充水泥石與骨料之間的空隙，提高混凝土密實度，隨著機制砂含量的增加，混凝土強度也隨之增加；但是，當石粉含量超過該強度等級混凝土要求的最佳含量時，會對機制砂的顆粒級配產(chǎn)生不利的影響，再加上石粉的比表面積過大，造成混凝土的需水量變大，和易性變差，同時，過大的石粉含量會造成水泥與骨料間的結(jié)合不緊密，導(dǎo)致混凝土強度變低。因此，石粉含量對機制砂混凝土的性能起著關(guān)鍵作用。
6．機制砂的主要檢測項目
6.1技術(shù)要求
（一）機制砂的實際顆粒級配與表2中的累計篩余相比，除5mm及0.63mm的累計篩余外，其余公稱粒徑的累計篩余可稍有超出分界線，但總超出量不應(yīng)大于5%.
表2砂顆粒級配區(qū)
級配區(qū)及累計篩余（%）
I區(qū)
II區(qū)
III區(qū)
公稱粒徑（mm）
5
10-0
10-0
10-0
2.5
35-5
25-0
15-0
1.25
65-35
50-10
25-0
0.63
85-71
70-41
40-16
0.315
95-80
92-70
85-55
0.16
100-90
100-90
100-90
（二）石粉含量/含泥量檢測技術(shù)要求
機制砂的石粉含量/含泥量要求應(yīng)滿足下表要求
混凝土強度等級
≥C60
C55~C30
≤C25
石粉含量（%）
MB≤1.4
≤5.0
≤7.0
≤10.0
MB≥1.4
≤2.0
≤3.0
≤5.0
（三）砂中泥塊含量限值
混凝土強度等級
≥C60
C55~C30
≤C25
泥塊含量（按重量計%）
≤0.5
≤1.0
≤2.0
（四）砂中有機物含量限值
有機物含量（用比色法試驗）；顏色不應(yīng)深于標準色，如深于標準色，則應(yīng)按水泥膠砂強度試驗方法，進行強度對比試驗，抗壓強度比不低于0.95。
（五）機制砂的總壓碎指標應(yīng)小于30%。
6.2常規(guī)試驗介紹
6.2.1砂的篩分析試驗
1 、試樣制備：試驗前前應(yīng)先將來樣通過10mm篩，并算出篩余百分率，然后稱取每份不少于550g的試樣兩份，分別倒入兩個淺盤中，在100~110℃的溫度下烘干到恒重。冷卻至室溫備用。
2、試驗步驟：準確稱取烘干試樣500g，置于按篩孔大小（大孔在上、小孔在下）順序排列的套篩的最上一只篩（即5mm篩孔篩）上；將套篩裝入搖篩機內(nèi)固緊，篩分時間為10min左右；然后取出套篩，再按篩孔大小順序，在清潔的淺盤上逐個進行手篩，直到每分鐘的篩出量不超過試樣總量的0.1%時為止，通過的顆粒并入下一個篩，并和下一個篩中試樣一起過篩，按這樣順序進行，直至每個篩全部篩完為止。稱取各篩篩余試樣的重量（精確至1g），所有各篩的分計篩余量和底盤中剩余量的總和與篩分前的試樣總量相比，其相差不得超過1%。
3、篩分析試驗結(jié)果應(yīng)按下列步驟計算：
（1） 計算分計篩余百分率（各篩上的篩余量除以試樣總量的百分率），精確至0.1%;
（2） 計算累計篩余百分率（該篩上的分計篩余百分率與大于該篩上的分計篩余百分率之總和）精確至1%；
（3） 根據(jù)各篩的累計篩余百分率評定該試樣的顆粒級配分布情況；
（4） 按下式計算砂的細度模數(shù)μf（精確至0.01）:
μf=(β2+β3+β4+β5+β6)-5β1/（100-β1）
式中: β1、β2、β3、β4、β5、β6分別為5.0mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mmm、0.16mm各篩上的累計篩余百分率。
( 5)篩分試驗應(yīng)采用兩個試樣平行試驗。細度模數(shù)以兩次試驗結(jié)果 的算術(shù)平均值為測定值（精確至0.1）。如兩次試驗所得的細度模數(shù) 之差大于0.2時，應(yīng)重新取樣進行試驗。
6.2.2含泥量/石粉含量試驗
1、 試樣制備：將樣品在潮濕狀態(tài)下用四分法縮分至約1100g，置于溫度為100~110℃的烘箱中烘干至恒重，冷卻至室溫后，立即稱取各為400g的試樣兩份備用。
2、 試驗步驟：取烘干試樣一份置于容器中注入飲用水，使水面高出砂面約150mm充分拌均勻后浸泡2h，然后用手在水中淘洗試樣，使塵屑、淤泥和粘土與砂粒分離，并使之懸浮或溶于水中。緩緩地將渾濁液倒入1.25mm及0.08mm的套篩上(1.25mm篩放置上面)，濾去小于0.08mm的顆粒。試驗前篩的兩面應(yīng)先用水潤濕，在整個試驗過程中，應(yīng)注意避免砂粒丟失。再次加水于筒中，重復(fù)上述過程，直到筒內(nèi)洗出的水清澈為止。用水沖洗剩留在篩上的細粒，并將0.08mm篩放在水中來回搖動，（使水面略高出篩中砂粒的上表面）以充分洗除小于0.08mm的顆粒。然后將兩只篩上剩留在篩上的顆粒和筒中已經(jīng)洗凈的試樣一并裝入淺盤，置于溫度為100~110℃的烘箱中烘干至恒重。取出來冷卻至室溫后，稱試樣的重量。
3、 砂的含泥量/石粉含量應(yīng)按下式計算（精確至0.1%）
ωC=(m0-m1)/m0×100(%)
式中：m0：試驗前的烘干試樣重量（g）
m1：試驗后的烘干試樣重量（g）
以兩個試樣試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定值。兩次結(jié)果 的差值超過0.5%時，應(yīng)重新取樣進行試驗。
6.2.3亞甲藍（MB值）試驗
1、溶液的配制及試樣制備應(yīng)符合下列規(guī)定：
1. 將亞甲藍(C16H18C1N3S . 3H2O)粉末在(105 ±5)℃下烘干至恒重，稱取烘干亞甲藍粉末10g，精確至0.01g，倒人盛有約600mI.蒸餾水(水溫加熱至35 ~40℃)的燒杯中，用玻璃棒持續(xù)攪拌40min，直至亞甲藍粉末完全溶解，冷卻至20 ℃ 。將溶液倒人1L容量瓶中，用蒸餾水淋洗燒杯等，使所有亞甲藍溶液全部移入容量瓶，容量瓶和溶液的溫度應(yīng)保持在(20±1)℃ ，加蒸餾水至容量瓶1L刻度。振蕩容量瓶以保證亞甲藍粉末完全溶解。將容量瓶中溶液移入深色儲藏瓶中，標明制備日期、失效日期(亞甲藍溶液保質(zhì)期應(yīng)不超過28d)，并置于陰暗處保存。
2. 將樣品縮分至400g，放在烘箱中于(105±5)℃下烘干至恒重，待冷卻至室溫后，篩除大于公稱直徑5. 0mm的顆粒備用。
2、人工砂及混合砂中的亞甲藍值測定按下列步驟進行：
（1）稱取試樣200g，精確至1g。將試樣倒入盛有(500±5) mL蒸餾水的燒杯中，用葉輪攪拌機以(600±60) r/min轉(zhuǎn)速攪拌5min，形成懸浮液，然后以(400±40) r/min轉(zhuǎn)速持續(xù)攪拌，直至試驗結(jié)束。
（2）懸浮液中加人5mL亞甲藍溶液，以(400±40) r/min轉(zhuǎn)速攪拌至少1 min后，用玻璃棒蘸取一滴懸浮液(所取懸浮液滴應(yīng)使沉淀物直徑在8~12mm內(nèi))，滴于濾紙(置于空燒杯或其他合適的支撐物上，以使濾紙表面不與任何固體或液體接觸)上。若沉淀物周圍未出現(xiàn)色暈，再加人5mL亞甲藍溶液，繼續(xù)攪拌1min，再用玻璃棒蘸取一滴懸浮液，滴于濾紙上，若沉淀物周圍仍未出現(xiàn)色暈，重復(fù)上述步驟，直至沉淀物周圍出現(xiàn)約1mm寬的穩(wěn)定淺藍色色暈（色暈效果如下圖）。此時，應(yīng)繼續(xù)攪拌，不加亞甲藍溶液，每1min進行一次蘸染試驗。若色暈在4min內(nèi)消失，再加入5mI.亞甲藍溶液。若色暈在第5min消失，再加入2mL亞甲藍溶液兩種情況下，均應(yīng)繼續(xù)進行攪拌和蘸染試驗，直至色暈可持續(xù)5min。
左圖為符合要求的色暈，右圖為不符合要求的色暈
（3）記錄色暈持續(xù)5min時所加入的亞甲藍溶液總體積，精確至1mL。
3．亞甲藍MB值按下式計算:
MB=V/G×10
式中：MB—亞甲藍值(g/kg)，表示每千克0~2.36mm粒級試樣所消耗的亞甲藍克數(shù), 精確至0.01;
G--試樣質(zhì)量(g);
V--所加入的亞甲藍溶液的總量(mL) 。
注:公式中的系數(shù)10用于將每千克試樣消耗的亞甲藍溶液體積換算成亞甲藍質(zhì)量。
5．亞甲藍試驗結(jié)果評定應(yīng)符合下列規(guī)定:
當MB值<1. 4時，則判定是以石粉為主;當MB值≥1. 4時，則判定為以泥粉為主。
6.2.4 泥塊含量試驗
1、 試樣制備：將樣品在潮濕狀態(tài)下四分法縮分至約3000g，置于溫度為100~110℃的烘箱中烘干至恒重，冷卻至室溫后，用1.25mm篩篩分，到篩上的砂400g分為兩份備用。
2、 試驗步驟：稱取試樣200g置于容器中并注入飲用水，使水面高出砂面約150mm。充分拌混均勻后浸泡24h，然后用手在水中碾碎泥塊，再把試樣放在0.63mm篩上，用水淘洗，直至水清澈為止。保留下來的試樣應(yīng)小心地從篩里取出，裝入淺盤后，置于溫度為100~110℃烘箱中烘干至恒重，冷卻后稱重。
3、 砂中泥塊含量應(yīng)按下式計算（精確至0.1%）
ωC,l=(m1-m2)/m1×100(%)
式中：ωC,l:泥塊含量（%）
m1：試驗前的干燥試樣重量（g）
m2：試驗后的干燥試樣重量（g）
取兩次試樣試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定值，兩次結(jié)果的差值超過0.4%時，應(yīng)重新取樣進行試驗。
6.2.5 砂中有機物含量試驗
1、 試驗步驟：向250ml量筒中倒入試樣至130ml刻度處，再注入濃度為3%的氫氧化鈉溶液至200ml刻度處，劇烈搖動后靜置24h；比較試樣上部溶液和新配制標準溶液的顏色，盛裝標準溶液與裝試樣的重量容積應(yīng)一致。
注：標準溶液的配制方法：取2g鞣酸粉溶解于98ml的10%酒精溶液中，即得所需的鞣酸溶液后取該溶液2.5ml注入97.5ml,3%的氫氧化鈉溶液中,加塞后劇烈搖動,靜置24h, 即得標準溶液.
2、 結(jié)果評定：
（1） 若試樣上部的溶液顏色淺于標準溶液的顏色，則試樣的有機質(zhì)含量鑒定合格。如兩種溶液的顏色接近，則應(yīng)將該試樣（包括上部溶液）倒入燒杯中放在溫度為60~70℃的水浴鍋中加熱2~3h,然后再與標準溶液比色.
（2） 如溶液的顏色深于標準色,則應(yīng)按下法進一步試驗:
取試樣一份,用3%的氫氧化鈉溶液洗除有機雜物,再用清水淘洗干凈,至試樣用比色法試驗時溶液的顏色顏色淺于標準色,然后用洗除有機質(zhì)的末洗除的試樣分別按現(xiàn)行的國家標準《水泥膠砂強度試驗方法》配制兩種水泥砂漿，測定28天的抗壓強度，如未經(jīng)洗除的砂的砂漿強度與洗除有機質(zhì)后的砂的砂漿強度比，一低于0.95時,則此砂可以采用。
6.2.6機制砂的壓碎指標試驗
1、試樣制備應(yīng)符合下列規(guī)定：
將縮分后的樣品置于（105±5）℃的烘箱內(nèi)烘干至恒量，待冷卻至室溫后，篩分成5.00mm~2.50mm、2.50mm～1.25mm、1.25mm~0.63mm、0.63mm～0.315mm四個粒級，每級試樣質(zhì)量不得少于1000g。
2、實驗步驟應(yīng)符合下列規(guī)定：
1.置圓筒于地盤上，組成受壓模，將一單級砂樣約300g,裝入模內(nèi), 使試樣距底盤面的高度約為50mm。
2.平整鋼模內(nèi)試樣的表面,將加壓塊放入圓筒內(nèi)，并轉(zhuǎn)動一周使之與試樣均勻接觸。
3.將裝好試樣的受壓鋼模置于壓力機的支承板上，對準壓板中心后，開動機器，以500N/s的速度加荷。加荷至25KN時穩(wěn)荷5s后，以同樣速度卸荷.
4.取下受壓模，移去加壓塊，倒出壓過的試樣并稱其質(zhì)量(m0）,然后用該粒級的下限篩（如砂樣為公稱粒級5.0mm-2.5mm時，則其下限篩指孔徑為2.5mm的方孔篩)進行篩分，稱出該粒級試樣的篩余量（m1）。
3、人工砂的壓碎指標按下式計算：
1.第i單級砂樣的壓碎指標按下式計算，精確至0.1％：
δi =×100％
式中: δi--第i單級砂樣壓碎值指標(%）;
m0 ——第i單級試樣的質(zhì)量（g)；
m1 -—第i單級試樣的壓碎試驗后篩余的試樣質(zhì)量(g）。
以三份試樣試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為各但立即式樣的測定值。
4、四級砂樣總的壓碎值指標按下式計算：
δsa =
×100％
式中：δsa —-總的壓碎指標（％），精確至0。1％；
a1、a2、a3、a4--公稱直徑分別為2.50mm、1.25mm、0.630mm、0.315mm各方孔篩的分計篩余（％）；
δ1、δ2、δ3、δ4—-公稱粒級分別為5.00mm~2.50mm、2。50mm～1.25mm、1.25mm～0.63mm、0.630mm～0.315mm單級試樣壓碎指標（％).
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