機制砂級配對高強混凝土工作性能的影響近些年來許多地區河砂開采瀕臨枯竭，河砂產量日趨下降，已難以滿足現代基礎設施建設需要，機制砂作為天然河砂潛在替代材料應運而生。機制砂是指經過除土處理，由機械破碎、篩分等一系列加工工藝制成的粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業廢渣顆粒，但不包括軟質巖、風化的顆粒。機制砂價格低廉，生產原料十分充足，石灰石礦山、鵝卵石、建筑廢料、礦山尾礦等均屬于原料來源。國內外關于機制砂在混凝土中應用的研究較多，例如，李艷芳、鄧宋喜等研究了機制砂特性對混凝土力學性能的影響，吳定略、馬相明等研究了機制砂在高性能混凝土中的應用技術。這些研究為合理使用機制砂提高混凝土性能提供了一定理論指導依據。但目前機制砂的普及程度不高，應用仍主要局限于中低標號混凝土，在高標號混凝土中應用很少，且多與天然砂混合使用。機制砂在高標號混凝土中難以推廣的主要原因之一是機制砂級配曲線形狀多樣，通常存在級配不良或超出級配范圍的情況，導致水灰比本來就較低的高標號混凝土拌合物工作性能不佳，因此，有關機制砂級配如何合理控制是工程應用重點關注的問題之一。本文研究了機制砂級配特性對高強混凝土工作性能的影響規律，并做出相應的作用效應分析，以獲得機制砂優良的級配技術指標。1材料選用及性能本文結合工程建設用材料實際情況，以C50混凝土為例，通過不同類型的機制砂級配進行混凝土性能試驗。試驗原材料包括P·O42.5水泥、機制砂、碎石，以及減水劑。1.1水泥采用拉法基P·O42.5水泥，其各項性能指標均符合GB175-1999標準，其主要參數見表1。1.2碎石結合工程建設材料實際情況，粗集料采用5～25mm的連續級配碎石，其含泥量為0.4%，壓碎值指標為8.2%，針、片狀顆粒含量為5.0%。將碎石5～16，16～25mm，2檔料按最大緊密堆積密度進行摻配（最終配合比例為40:60）。1.3減水劑采用巴斯夫公司的聚羧酸高效減水劑，減水率31%，固含量25%，其余指標按符合GB8076-2008中對高效緩凝減水劑的要求。1.4機制砂細集料選用石灰巖經破碎而成的機制砂，機制砂石粉含量7%，其余指標均滿足國標要求。2機制砂級配類型和參數測試規范規定制備高性能混凝土所用的細集料優選2區砂，因此，機制砂級配曲線要大致滿足2區砂要求。本試驗機制砂級配以2區砂的顆粒級配范圍為基礎進行調整，一共設定6種級配（均為連續級配），分別為略高于上限、高于下限接近上限、接近中值、低于上限接近下限、略低于下限，同時“高于下限接近上限、接近中值、低于上限接近下限”設置不同曲線形狀，分別研究這6種不同機制砂級配類型對C50混凝土工作性能的影響。人工調制的6組機制砂的技術指標見表2，級配曲線見圖1。由表2、圖1可見，該6種級配機制砂的細度是處于逐漸上升的狀態，從細砂逐漸轉變成中砂，最終轉變為粗砂（其中，S1、S2為細砂，S3～S5全部為中砂，S6已變成粗砂）。試驗設計的機制砂級配曲線均勻覆蓋2區級配范圍內。上述6種級配機制砂中，雖然細度處于逐漸上升的狀態，但是緊堆密度及緊堆空隙率均出現了下降-上升-下降的反復變化情況，這證實細度僅作為表征砂粗細情況的宏觀指標，無法反映出顆粒之間的級配情況，不能反映出機制砂的真實品質。3機制砂混凝土性能分析3.1機制砂混凝土工作性能設計強度等級為C50混凝土作為研究對象進行試驗（試驗用混凝土配合比見表3）。混凝土和易性測試和評定方法按照GB／Ｔ50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。各級配機制砂樣品S1～S6采用表3配合比所拌制混凝土的和易性能及強度測試結果見表4。由表4可見，不同級配機制砂的混凝土拌合物和易性差別顯著，分別呈現出低塑性、塑性和流態等不同坍落狀態，表明機制砂級配對混凝土和易性有著重要影響。從試拌樣品觀測結果看，S4、S5機制砂制備的混凝土和易性較好，而S1、S2機制砂的混凝土拌合物和易性最差。對比不同級配類型機制砂所對應混凝土和易性變化情況（綜合表4和圖1）可知：1）機制砂S4、S5的混凝土拌合物和易性相對較好，其級配曲線均呈拉伸狀正S形（見圖1），可以推斷拉伸正S形級配曲線是機制砂的優良級配曲線形狀。由曲線分布特點看，拉伸正S形級配曲線分布在2區砂中值和上限之間的范圍內，拉伸正S形曲線上下兩端的斜率較小，中部的斜率較大，從級配組成上分析，曲線中間斜率較大說明機制砂級配中0.3～1.18mm粒級組分所占比例較大，而1.18～4.75mm及0.075～0.3mm2檔粒級組分所占比例較小。2）機制砂S1、S2屬于不良級配，其混凝土拌合物和易性最差，其級配曲線的形狀多呈拋物線形或中間較平、兩端較陡的拉伸反S形（見圖1）。可以推斷，級配不良機制砂級配曲線呈拋物線或拉伸反S形曲線形狀。分析曲線特性，S1機制砂級配曲線是開口向上的下凸拋物線，從級配組成分析，小于1.18mm

粒級組分含量偏小（相比拉伸正S形級配曲線的機制砂）；機制砂S2級配曲線特性是拉伸反S形曲線，顆粒分布呈“兩頭多（1.18～4.75mm和0.075～0.3mm粒級組分含量偏多）、中間小（0.3～1.18mm

粒級組分含量偏少）”現象。3）S3機制砂所配制的混凝土工作性能一般，其級配曲線相比拉伸正S形級配曲線出現一定程度偏離，但未出現明顯開口向上的下凸拋物線或拉伸反S形曲線形狀特征。相比機制砂S3、機制砂S4、S5的1.18～4.75，0.3～1.18，0.075～0.3mm各檔粒級組分含量比例（質量比）保持在7:10:3左右，可充分發揮出1.18～4.75mm粒級組分在整個混凝土中承接著使混凝土集料之間更連續的作用，因而所配制的混凝土工作性能明顯更好。S6機制砂級配略高于2區上限，所配制的混凝土出現輕微離析和泌水。綜合以上分析，在機制砂中，1.18～4.75，0.3～1.18，0.075～0.3mm

各檔粒級組分含量過多或過少，均會導致混凝土工作性能變差。當1.18～4.75mm粒級組分含量過多時，所配制的混凝土表現出離析、泌水、骨料堆積等特點；當0.3～1.18，0.075～0.3mm粒級組分含量過多時，所配制的混凝土黏稠、保水性好，但和易性差，難以澆筑。優良級配的機制砂應是各檔粒級組分含量比例適當，使得其級配曲線形狀呈拉伸正S形。3.2機制砂混凝土強度不同級配機制砂所配制混凝土的強度變化曲線見圖2。由圖2可見，在原材料配合比相同的情況下，由于機制砂顆粒級配不同，所配制的混凝土強度呈現明顯差異：1）對于不良級配機制砂S1、S2和S6，其所配制混凝土在試配后不同齡期內強度比良好級配機制砂S3、S4和S5所配制混凝土均偏低，其中原因為不良級配機制砂造成混凝土拌和不均勻，工作性能不佳，從而影響混凝土強度。2）雖然機制砂S3、S4和S5所配制混凝土工作性能較好，但由于機制砂S4、S5的各檔粒級組分含量比例不夠適當（1.18～4.75mm粒級組分含量偏小），導致混凝土強度仍有所偏低。文獻指出，正S型顆粒組有利于形成懸浮-密實結構，對混凝土強度的提高與工作性能的改善具有重要作用。機制砂良好顆粒級配使混凝土各種材料緊密結合、接觸更加均勻，減少氣泡和孔隙的形成，從而有利于提高混凝土強度。4結論1）細度模數和空隙率并不能作為機制砂品質優劣的判斷標準，而只是級配優劣判斷的必要不充分條件，制備和易性良好的機制砂混凝土，機制砂的級配特征很關鍵，必須得到嚴格控制。2）為提高高強混凝土工作性能，機制砂各個篩檔累計篩余量要合理控制在一定比例范圍內，1.18～4.75mm

粒級組分主要影響混凝土泌水性，0.3～1.18，0.075～0.3mm粒級組分