1前言
混凝土目前一直是人類最大宗的建筑結構材料。砂作為混凝土的主要原材料之一，包括天然砂和機制砂兩大類。受自然資源的限制，以河砂為主的天然砂越來越無法滿足日益增長的混凝土用量的需求，尤其在我國西南地區。另外因過量的開采天然砂源，對自然環境所造成的壓力也日益增加，使用機制砂替代河砂在國內外已成為混凝土行業可持續發展的一種趨勢。機制砂已經在砂漿、混凝土、砌塊中已經得到一定程度的應用，尤其在云南、貴州等河砂自然資源短缺的地區[1][2][3][4]。
石灰巖（Limestone）簡稱灰巖，以方解石為主要成分的碳酸鹽巖。貴州地區盛產石灰巖，并因地質環境條件，形成大量特色的喀斯特地貌。因此，貴州地區的機制砂絕大部分區域均是采用石灰巖制備而成。貴州地區的機制砂混凝土的推廣在上世紀80年代，早期因無法很好的解決混凝土工作性不良、強度不佳等難題而應用停滯，在本世紀初以來，在積極研發、吸收新混凝土技術的基礎上，機制砂混凝土推廣應用得到了快速發展，目前已經開發出系列石灰巖機制砂高性能混凝土，并在工程中廣泛應用。
目前，貴州地區已經制定了《貴州省高速公路機制砂高強混凝土技術規程》（DBJ52-55-2008）、貴州省地方標準《山砂混凝土技術規程》等規范標準，也大大促進了貴州地區機制砂高性能混凝土的應用。
2.機制砂特性
根據國標規定，經除土處理、由機械破碎、篩分制砂，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質巖，風化巖石的顆粒。
機制砂的自身主要特點是，目前基本為中粗砂，細度模數在2.6—3.6之間，顆粒級配穩定、可調，含有一定量的石粉，除150m的篩余有所增加外，其余篩余均多呈三角體或方矩體，表面粗糙，棱角尖銳。但由于全國各地機制砂的生產礦源的不同、生產加工機制砂的設備和工藝不同，生產出機制砂粒型和級配可能會有很大的區別。比如，有些機制砂片狀顆粒較多，有些機制砂的顆粒級配為兩頭大中間小，但只要能滿足國標中對機制砂的全部技術指標，就可以在混凝土和砂漿中使用。河砂與機制砂的基本物理性能指標見表1。圖1給出了河砂與機制砂的顆粒形貌。圖2給出了河砂與機制砂的分計篩余曲線與累計篩余曲線。從中可以看出，機制砂石粉含量高，表面粗糙，球體類似度水平較低，顆粒較大，級配不均。
表1 河砂與不同地區機制砂的基本物理性能
Table1 Basic physical properties of river-sand and machine-made sand
|
Items |
Packing density /kg·m-3 |
Apparent density /kg·m-3 |
Crushing Index/％ |
Module of fineness |
Content of rock powder/％ |
Fine Aggregate Angularity/s |
Sphere similar degrees |
|
River sand |
1.49 |
2.67 |
10.2 |
2.5 |
0.3 |
30.5 |
0.57 |
|
Guizhou Machine-made sand |
1.61 |
2.70 |
14.1 |
3.5 |
9.2 |
42.8 |
0.47 |
|
Huzhou Machine-made sand |
1.65 |
2.73 |
10.7 |
3.1 |
7.7 |
23.7 |
0.51 |
由機制砂本身的特點所決定，與條件相同天然砂相比，在配比設計、其它材料成型養護條件都相同的情況下，用機制砂配制出混凝土的特點是：坍落度減小，混凝土28d標準強度提高；如保持坍落度不變，則需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比變大后，一般情況下，混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規律進行混凝土配比設計，機制砂的需水量大，和易性稍差，易產生泌水，特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現明顯；而如果根據機制砂的特點進行混凝土配比設計，通過合理利用機制砂中的石粉、調整機制砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設計規程的配比設計方法完全適用于機制砂。最適合配制混凝土的機制砂細度模數為2.6-3.0，級配為2區。機制砂在配制添加外加劑的混凝土時，對外加劑的反應比天然砂敏感。機制砂配制的高強度泵送混凝土在泵送過程中不易堵泵。正確使用機制砂的混凝土密實度大、抗滲、抗凍性能好，其它物理力學性能和長期耐久性均能達到設計使用要求。機制砂特別適于配制高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
3.貴州地區機制砂特種混凝土及其工程應用
隨著混凝土技術的發展，貴州地區利用機制砂開發配制高性能特種混凝土也越來越多，主要包括機制砂抗擾動混凝土、機制砂鋼管拱自密實混凝土、機制砂水下抗分散混凝土、機制砂自密實片石混凝土、機制砂超高墩泵送大體積混凝土、機制砂高強高性能混凝土、變質巖堿骨料反應抑制混凝土。這些機制砂特種混凝土已經在貴州地區重大工程中得到廣泛應用，并取得了顯著的經濟效益、社會與環境效益。
3.1機制砂抗擾動混凝土
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節選自《中國砂石協會2012年年會“砂石行業創新與發展論壇”論文集》
