混凝土用机制砂
砂是混凝土的主要原材料。随着建筑业的发展，砂的用量越来越大，质量要求越来越高，天然砂资源迅速减少，过度开采河砂对河床以及植被造成破坏，导致天然砂的使用成本越来越高。为了节省开采成本，同时减少对自然环境的破坏，人工砂成为了细骨料供应的主要来源之一。人工砂又称为机制砂，是岩石开采、机械破碎、筛分而成的公称粒径小于5mm的岩石颗粒粉末。
图1.1 混凝土用机制砂
1．机制砂的特点
1、机制砂经过破碎处理，其颗粒呈不规则的形态，比表面积比天然砂要大。
2、机制砂质地坚硬，规格不均匀，细度模数偏高，多为3.0以上，粒径1.25mm以上颗粒一般占总量的48～55％，粒径0.16～0.315mm颗粒占10％左右。
3、机制砂棱角多，表面比较粗糙，单独用于混凝土很难满足其工作性要求，可将之与天然砂进行掺配使用，以填充颗粒级配的中间部分，使机制砂细度模数和级配符合要求。
4、机制砂中含有的石粉和泥的粒径虽然都小于0.075mm，但是他们的成分不同，细度相差也较大。泥颗粒大多小于0.016mm，而石粉颗粒大多都在0.016～0.075mm之间。泥吸附在砂的表面，妨碍砂与水泥的粘结，而适量的石粉可以填充在水泥、细砂的空隙之间，增强机制砂混凝土的工作性，但过量的石粉会增大混凝土的用水量，降低混凝土的强度。在机制砂生产过程中为能除去大部分石粉，往往将300μm以下颗粒清除了大部分，从而导致机制砂颗粒级配不好，细度模数偏大，这时就要和天然砂配合使用，以保证混凝土的和易性等性能。
2. 机制砂的优势
1、机制砂的来源广、资源丰富。河沙资源紧缺,国家对河砂开采监控力度越来越大,很多地方已经禁止开采。而机制砂可以利用多种矿石直接加工而成,相对资源丰富。
2、机制砂与材料易融合。河砂经水流冲刷通常表面比较的光滑,而机制砂断面多、表面粗糙,机制砂颗粒可以更好地与水泥等胶凝材料结合。
3.机制砂可以实现环保。机制砂的原材料可来源于一些固体废弃物,同时在城市规划建设中大量的建筑垃圾可以通过移动式破碎机进行破碎,用来生产加工再生骨料,既解决了环境污染的问题又提高了自然资源的利用率。
4.机制砂价格便宜。河砂资源紧张,所以价格越来越高,机制砂在各地的价格不尽相同,但基本都比河砂便宜很多,可以降低企业的生产成本。
3．机制砂的原材料要求生产工艺
可以作为人工制砂的原材料有很多,一般有花岗岩、玄武岩、河卵石、鹅卵石、石灰石、方解石、安山岩、流纹岩、闪长岩、辉绿岩、砂岩、尾矿、矿渣、石英石。好的机制砂拥有良好的级配，从粒型来看，多为多棱状体，具有更大的比表面积，便于水泥、添加剂的粘接，利于提高混凝土的强度，能满足生产建筑用砂的标准要求。
3.1机制砂原材料的要求如下
3.1.1宜采用开采的新鲜母岩制作，母岩岩石抗压强度宜满足：
1）Ⅰ类砂：不宜少于80MPa；
2）Ⅱ类砂：不宜少于60MPa；
3）Ⅲ类砂：不宜少于30MPa。
3.1.2机制砂母岩的碱集料反应活性应满足：
1）Ⅰ类砂母岩应不具有碱活性反应；
2）Ⅱ类砂，Ⅲ类砂的母岩含有碱-硅酸反应活性矿物且具有碱活性反应性，应根据使用要求进行碱集料反应试验；
3.1.3不宜使用具有碱-碳酸盐反应活性的岩石制作机制砂。
3.2机制砂主要分为干法和湿法两类生产工艺
干法加工工艺流程如下图：
湿法加工工艺流程如下图：
两种方法的差异如下：
干法加工工艺
湿法加工工艺
用水量
不需要水
生产过程中需要消耗大量的水资源
环境影响
公认的比较好的工艺，对环境影响较小，可用布袋除尘器除尘，对环境影响小
对环境影响较大
成品砂石粉、泥巴的处理
用选粉机去掉成品砂中的粉末
用水洗可以去掉沙中的泥粉、石粉，后期上压滤机洗砂
4.机制砂的主要生产设备
机制砂的生产设备主要分为破碎设备和制砂设备。
4.1机制砂主要破碎设备：
1）颚式破碎机（如图2.1）：主要用于物料的初碎，出料口可在300-400mm之间调节，其最大进料粒径为1500mm，颚式破碎机的主要特点是破碎率大、进口大、价格低、成本回收快、适应恶劣工作环境。
图2.1 颚式破碎机
2）反击式破碎机（如图2.2）：抗压能力高达350Mpa,适用于破碎坚硬岩石。反击式破碎机的优势是抗压能力高，破碎物料多为立方体。但如果物料的抗压能力高，反击式破碎机的磨损也会严重。因此，如果粒径允许，反击式破碎机破碎的物料可以直接当做人工砂石骨料使用。
图2.2反击式破碎机
3）圆锥破碎机（如图2.3）：可用于物料的中碎或细碎，因而其最大进料粒径为350mm，圆锥破碎机有过载保护装置，其最大的优势是故障率小、运行稳定、磨损小。
图2.3圆锥破碎机
4.2生产机制砂常用的制砂设备介绍
1）HVI制砂机（如图3.1）是一款新型制砂机设备，最大进料粒径小于55mm，采用深腔叶轮，可有效提升产能，由于周边护板上下掉头，从而有效提高了设备的使用寿命，用HVI制砂机制作的机制砂粒径均匀，质量很好。
图3.1HVI制砂机
2）VSI制砂机（如图3.2）又名立轴冲击式制砂机，VSI制砂机的优点是处理量大，节能，进料方式可自行调节，VSI制砂机应用范围广，加工能力强。
图3.2VSI制砂机
3）移动制砂机（如图3.3）由移动破碎站和制砂机组成，是一款车载移动碎石设备，可以直接进入制砂厂，投资快，回收效益高，可以在短时间内收回成本。
图3.3移动制砂机
5．机制砂在混凝土中的应用及影响因素
机制砂混凝土性能及混凝土用水量除了与机制砂本身的材质有关外，机制砂的石粉含量大小起到重要作用。当石粉含量为0～4％时，机制砂用水量无明显增加，石粉含量4～6％时，用水量增加5kg，石粉含量6～10％时，用水量增加5～10kg，石粉含量10～15％时，用水量增加10～20kg。随着机制砂中石粉含量的偏高，其用水量也相应增加，导致混凝土的水胶比发生变化，从而影响混凝土强度。对于某一强度等级混凝土来说，混凝土抗压强度随着机制砂石粉含量的增加先增加后降低。这是由于机制砂的石粉在混凝土中主要起到两个方面的作用：一方面，石粉含量在该强度等级混凝土要求的最佳含量以下时，机制砂可以有效填充水泥石与骨料之间的空隙，提高混凝土密实度，随着机制砂含量的增加，混凝土强度也随之增加；但是，当石粉含量超过该强度等级混凝土要求的最佳含量时，会对机制砂的颗粒级配产生不利的影响，再加上石粉的比表面积过大，造成混凝土的需水量变大，和易性变差，同时，过大的石粉含量会造成水泥与骨料间的结合不紧密，导致混凝土强度变低。因此，石粉含量对机制砂混凝土的性能起着关键作用。
6．机制砂的主要检测项目
6.1技术要求
（一）机制砂的实际颗粒级配与表2中的累计筛余相比，除5mm及0.63mm的累计筛余外，其余公称粒径的累计筛余可稍有超出分界线，但总超出量不应大于5%.
表2砂颗粒级配区
级配区及累计筛余（%）
I区
II区
III区
公称粒径（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/含泥量检测技术要求
机制砂的石粉含量/含泥量要求应满足下表要求
混凝土强度等级
≥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）砂中泥块含量限值
混凝土强度等级
≥C60
C55~C30
≤C25
泥块含量（按重量计%）
≤0.5
≤1.0
≤2.0
（四）砂中有机物含量限值
有机物含量（用比色法试验）；颜色不应深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法，进行强度对比试验，抗压强度比不低于0.95。
（五）机制砂的总压碎指标应小于30%。
6.2常规试验介绍
6.2.1砂的筛分析试验
1 、试样制备：试验前前应先将来样通过10mm筛，并算出筛余百分率，然后称取每份不少于550g的试样两份，分别倒入两个浅盘中，在100~110℃的温度下烘干到恒重。冷却至室温备用。
2、试验步骤：准确称取烘干试样500g，置于按筛孔大小（大孔在上、小孔在下）顺序排列的套筛的最上一只筛（即5mm筛孔筛）上；将套筛装入摇筛机内固紧，筛分时间为10min左右；然后取出套筛，再按筛孔大小顺序，在清洁的浅盘上逐个进行手筛，直到每分钟的筛出量不超过试样总量的0.1%时为止，通过的颗粒并入下一个筛，并和下一个筛中试样一起过筛，按这样顺序进行，直至每个筛全部筛完为止。称取各筛筛余试样的重量（精确至1g），所有各筛的分计筛余量和底盘中剩余量的总和与筛分前的试样总量相比，其相差不得超过1%。
3、筛分析试验结果应按下列步骤计算：
（1） 计算分计筛余百分率（各筛上的筛余量除以试样总量的百分率），精确至0.1%;
（2） 计算累计筛余百分率（该筛上的分计筛余百分率与大于该筛上的分计筛余百分率之总和）精确至1%；
（3） 根据各筛的累计筛余百分率评定该试样的颗粒级配分布情况；
（4） 按下式计算砂的细度模数μf（精确至0.01）:
μf=(β2+β3+β4+β5+β6)-5β1/（100-β1）
式中: β1、β2、β3、β4、β5、β6分别为5.0mm、2.5mm、1.25mm、0.63mm、0.315mmm、0.16mm各筛上的累计筛余百分率。
( 5)筛分试验应采用两个试样平行试验。细度模数以两次试验结果 的算术平均值为测定值（精确至0.1）。如两次试验所得的细度模数 之差大于0.2时，应重新取样进行试验。
6.2.2含泥量/石粉含量试验
1、 试样制备：将样品在潮湿状态下用四分法缩分至约1100g，置于温度为100~110℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后，立即称取各为400g的试样两份备用。
2、 试验步骤：取烘干试样一份置于容器中注入饮用水，使水面高出砂面约150mm充分拌均匀后浸泡2h，然后用手在水中淘洗试样，使尘屑、淤泥和粘土与砂粒分离，并使之悬浮或溶于水中。缓缓地将浑浊液倒入1.25mm及0.08mm的套筛上(1.25mm筛放置上面)，滤去小于0.08mm的颗粒。试验前筛的两面应先用水润湿，在整个试验过程中，应注意避免砂粒丢失。再次加水于筒中，重复上述过程，直到筒内洗出的水清澈为止。用水冲洗剩留在筛上的细粒，并将0.08mm筛放在水中来回摇动，（使水面略高出筛中砂粒的上表面）以充分洗除小于0.08mm的颗粒。然后将两只筛上剩留在筛上的颗粒和筒中已经洗净的试样一并装入浅盘，置于温度为100~110℃的烘箱中烘干至恒重。取出来冷却至室温后，称试样的重量。
3、 砂的含泥量/石粉含量应按下式计算（精确至0.1%）
ωC=(m0-m1)/m0×100(%)
式中：m0：试验前的烘干试样重量（g）
m1：试验后的烘干试样重量（g）
以两个试样试验结果的算术平均值作为测定值。两次结果 的差值超过0.5%时，应重新取样进行试验。
6.2.3亚甲蓝（MB值）试验
1、溶液的配制及试样制备应符合下列规定：
1. 将亚甲蓝(C16H18C1N3S . 3H2O)粉末在(105 ±5)℃下烘干至恒重，称取烘干亚甲蓝粉末10g，精确至0.01g，倒人盛有约600mI.蒸馏水(水温加热至35 ~40℃)的烧杯中，用玻璃棒持续搅拌40min，直至亚甲蓝粉末完全溶解，冷却至20 ℃ 。将溶液倒人1L容量瓶中，用蒸馏水淋洗烧杯等，使所有亚甲蓝溶液全部移入容量瓶，容量瓶和溶液的温度应保持在(20±1)℃ ，加蒸馏水至容量瓶1L刻度。振荡容量瓶以保证亚甲蓝粉末完全溶解。将容量瓶中溶液移入深色储藏瓶中，标明制备日期、失效日期(亚甲蓝溶液保质期应不超过28d)，并置于阴暗处保存。
2. 将样品缩分至400g，放在烘箱中于(105±5)℃下烘干至恒重，待冷却至室温后，筛除大于公称直径5. 0mm的颗粒备用。
2、人工砂及混合砂中的亚甲蓝值测定按下列步骤进行：
（1）称取试样200g，精确至1g。将试样倒入盛有(500±5) mL蒸馏水的烧杯中，用叶轮搅拌机以(600±60) r/min转速搅拌5min，形成悬浮液，然后以(400±40) r/min转速持续搅拌，直至试验结束。
（2）悬浮液中加人5mL亚甲蓝溶液，以(400±40) r/min转速搅拌至少1 min后，用玻璃棒蘸取一滴悬浮液(所取悬浮液滴应使沉淀物直径在8~12mm内)，滴于滤纸(置于空烧杯或其他合适的支撑物上，以使滤纸表面不与任何固体或液体接触)上。若沉淀物周围未出现色晕，再加人5mL亚甲蓝溶液，继续搅拌1min，再用玻璃棒蘸取一滴悬浮液，滴于滤纸上，若沉淀物周围仍未出现色晕，重复上述步骤，直至沉淀物周围出现约1mm宽的稳定浅蓝色色晕（色晕效果如下图）。此时，应继续搅拌，不加亚甲蓝溶液，每1min进行一次蘸染试验。若色晕在4min内消失，再加入5mI.亚甲蓝溶液。若色晕在第5min消失，再加入2mL亚甲蓝溶液两种情况下，均应继续进行搅拌和蘸染试验，直至色晕可持续5min。
左图为符合要求的色晕，右图为不符合要求的色晕
（3）记录色晕持续5min时所加入的亚甲蓝溶液总体积，精确至1mL。
3．亚甲蓝MB值按下式计算:
MB=V/G×10
式中：MB—亚甲蓝值(g/kg)，表示每千克0~2.36mm粒级试样所消耗的亚甲蓝克数, 精确至0.01;
G--试样质量(g);
V--所加入的亚甲蓝溶液的总量(mL) 。
注:公式中的系数10用于将每千克试样消耗的亚甲蓝溶液体积换算成亚甲蓝质量。
5．亚甲蓝试验结果评定应符合下列规定:
当MB值<1. 4时，则判定是以石粉为主;当MB值≥1. 4时，则判定为以泥粉为主。
6.2.4 泥块含量试验
1、 试样制备：将样品在潮湿状态下四分法缩分至约3000g，置于温度为100~110℃的烘箱中烘干至恒重，冷却至室温后，用1.25mm筛筛分，到筛上的砂400g分为两份备用。
2、 试验步骤：称取试样200g置于容器中并注入饮用水，使水面高出砂面约150mm。充分拌混均匀后浸泡24h，然后用手在水中碾碎泥块，再把试样放在0.63mm筛上，用水淘洗，直至水清澈为止。保留下来的试样应小心地从筛里取出，装入浅盘后，置于温度为100~110℃烘箱中烘干至恒重，冷却后称重。
3、 砂中泥块含量应按下式计算（精确至0.1%）
ωC,l=(m1-m2)/m1×100(%)
式中：ωC,l:泥块含量（%）
m1：试验前的干燥试样重量（g）
m2：试验后的干燥试样重量（g）
取两次试样试验结果的算术平均值作为测定值，两次结果的差值超过0.4%时，应重新取样进行试验。
6.2.5 砂中有机物含量试验
1、 试验步骤：向250ml量筒中倒入试样至130ml刻度处，再注入浓度为3%的氢氧化钠溶液至200ml刻度处，剧烈摇动后静置24h；比较试样上部溶液和新配制标准溶液的颜色，盛装标准溶液与装试样的重量容积应一致。
注：标准溶液的配制方法：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该溶液2.5ml注入97.5ml,3%的氢氧化钠溶液中,加塞后剧烈摇动,静置24h, 即得标准溶液.
2、 结果评定：
（1） 若试样上部的溶液颜色浅于标准溶液的颜色，则试样的有机质含量鉴定合格。如两种溶液的颜色接近，则应将该试样（包括上部溶液）倒入烧杯中放在温度为60~70℃的水浴锅中加热2~3h,然后再与标准溶液比色.
（2） 如溶液的颜色深于标准色,则应按下法进一步试验:
取试样一份,用3%的氢氧化钠溶液洗除有机杂物,再用清水淘洗干净,至试样用比色法试验时溶液的颜色颜色浅于标准色,然后用洗除有机质的末洗除的试样分别按现行的国家标准《水泥胶砂强度试验方法》配制两种水泥砂浆，测定28天的抗压强度，如未经洗除的砂的砂浆强度与洗除有机质后的砂的砂浆强度比，一低于0.95时,则此砂可以采用。
6.2.6机制砂的压碎指标试验
1、试样制备应符合下列规定：
将缩分后的样品置于（105±5）℃的烘箱内烘干至恒量，待冷却至室温后，筛分成5.00mm~2.50mm、2.50mm～1.25mm、1.25mm~0.63mm、0.63mm～0.315mm四个粒级，每级试样质量不得少于1000g。
2、实验步骤应符合下列规定：
1.置圆筒于地盘上，组成受压模，将一单级砂样约300g,装入模内, 使试样距底盘面的高度约为50mm。
2.平整钢模内试样的表面,将加压块放入圆筒内，并转动一周使之与试样均匀接触。
3.将装好试样的受压钢模置于压力机的支承板上，对准压板中心后，开动机器，以500N/s的速度加荷。加荷至25KN时稳荷5s后，以同样速度卸荷.
4.取下受压模，移去加压块，倒出压过的试样并称其质量(m0）,然后用该粒级的下限筛（如砂样为公称粒级5.0mm-2.5mm时，则其下限筛指孔径为2.5mm的方孔筛)进行筛分，称出该粒级试样的筛余量（m1）。
3、人工砂的压碎指标按下式计算：
1.第i单级砂样的压碎指标按下式计算，精确至0.1％：
δi =×100％
式中: δi--第i单级砂样压碎值指标(%）;
m0 ——第i单级试样的质量（g)；
m1 -—第i单级试样的压碎试验后筛余的试样质量(g）。
以三份试样试验结果的算术平均值作为各但立即式样的测定值。
4、四级砂样总的压碎值指标按下式计算：
δsa =
×100％
式中：δsa —-总的压碎指标（％），精确至0。1％；
a1、a2、a3、a4--公称直径分别为2.50mm、1.25mm、0.630mm、0.315mm各方孔筛的分计筛余（％）；
δ1、δ2、δ3、δ4—-公称粒级分别为5.00mm~2.50mm、2。50mm～1.25mm、1.25mm～0.63mm、0.630mm～0.315mm单级试样压碎指标（％).
本文来源：网络收集
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