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[摘要]文章主要從機制砂對混凝土和易性、強度、耐久性3個方面的影響進行了探析，總結出了在交通工程中應用時，思想重視、保持制砂工藝先進性、技術補充3個方面要點，謹供參考。

[關鍵詞]機制砂；交通工程；混凝土；石粉

1機制砂概述

機制砂是指經除土開采、機械破碎、篩分制成的粒徑在4.75mm以下的巖石顆粒（不包括軟質巖、風化巖石的顆粒）。JT/T819—2011《公路工程水泥混凝土用機制砂》標準規定了公路工程水泥混凝土用機制砂的定義、分類與規格、技術要求、試驗方法、檢驗規則，以及標志、運輸和儲存。標準適用于公路工程預拌混凝土、現場拌和混凝土及混凝土制品使用的機制砂。標準中將機制砂分為I類、II類、III類：I類母巖巖石抗壓強度一般大于80MPa，宜用于強度等級大于或等于C60的混凝土；II類母巖巖石抗壓強度一般大于60MPa，強度等級大于或等于C30、小于C60以及有抗凍、抗滲要求的混凝土；III類母巖巖石抗壓強度一般大于30MPa，宜用于強度等級小于C30的混凝土。標準中還按照粗細程度將機制砂分為粗砂、中砂2種規格，粗砂細度模數為3.9~3.1，中砂細度模數為3.0~2.3。

2機制砂應用概述

國內各個領域目前機制砂的應用情況：在水電工程領域，幾乎全部自產機制砂生產預拌混凝土；在房建領域，有一定比例使用了機制砂，受地方行政導向影響，不同城市間使用比例不同；而在公路、鐵路、港口等交通工程中，機制砂生產預拌混凝土的比例較低。近幾年，河砂、湖砂作為短時間內很難再生的自然資源，日漸珍貴，開采量已經迅速減少，可供交通工程使用的量變得匱乏；由于氯離子對鋼筋混凝土的破壞巨大、且破壞周期長，淡化海砂也被限制在門外。機制砂，來源豐富，生產工藝日漸成熟，成本合理，在交通工程中或可作為天然砂的首選替代品。

3交通工程應用探析

在交通工程中，通常需要關注混凝土3個方面指標：和易性、強度、耐久性；機制砂對混凝土的這3個方面影響，需要分別進行分析和探討。3.1對和易性的影響。3.1.1石粉機制砂中粒徑小于75μm的顆粒統稱為石粉。RolandsCepuritis研究發現，細度、比表面積是石粉的2個重要參數，對混凝土流變影響最大[1-2]。潘菲等的研究發現，0~45μm的粒徑區間是體現石粉性能最關鍵的部分，該部分顆粒存在最佳摻量，過多的細粉使機制砂混凝土流動性顯著降低，過少則易離析、泌水[3]。毛永琳等的研究發現，石粉摻加方式對水泥漿體流動性影響大，石粉內摻時水泥漿體流動性隨石粉摻量增加而增加；石粉外摻時水泥漿體流動性直線下降[4]。研究證明，石粉的存在，對混凝土和易性既不是絕對的有害，也不是絕對的有利。只有在粒徑合理、含量適中時，石粉才能夠提高混凝土的工作性能。需要特別強調的是，石粉會大量吸附減水劑，對混凝土初始流動度以及流動度的保持都是有害的。工程現場在找到有效的應對辦法之前，宜將機制砂的石粉含量控制在下限。3.1.2粒型相較于天然河砂而言，機制砂是由巖石破碎而成，其顆粒表面粗糙、多棱角，對混凝土的和易性顯然是不利的。普遍認為，棱角越少、粒型越接近球形的機制砂對和易性的不利影響越小。在生產泵送混凝土、高強混凝土時應對機制砂的粒型進行特別甄選。3.1.3級配受不同廠家制砂工藝、母巖種類和強度的影響，機制砂顆粒級配參差不齊。目前市面上級配不合理的機制砂較多，多數情況下，2.36mm~4.75mm與1.18mm~2.36mm兩級配超標最為常見，而0.60mm~1.18mm與0.30mm~0.60mm兩級配常常不足，導致機制砂級配不良。這類機制砂孔隙率高，配制的混凝土對用來包裹骨料、填充空隙的漿體量需求很高，混凝土常常會出現流動性差、漿骨分離、泌水、離析等，造成混凝土無法施工。與天然砂中的II區中砂接近時的級配，認為是機制砂的理想級配。3.2對強度的影響。3.2.1石粉機制砂中大量的石粉填充了骨料空隙，使混凝土內部更加密實，這也符合混凝土越密實，強度越高的理論。需要注意的是，存在一個最佳石粉含量，超過這個值，混凝土抗壓強度便會降低。筆者經歷幾個項目后發現，這個最佳值，在不同機制砂中并不相同，需要通過試驗來確定。在實際工程中，為了保證混凝土的和易性，一般會將機制砂混凝土水膠比適當放大，單方用水量適當提高，這是一種主動的、可控的調控手段，對混凝土強度基本沒有危害。但應注意用水量的超標會導致開裂風險增加，需要把握合理尺度。應當區別看待的是，由外加劑被石粉吸附而導致的用水量變大，則屬于生產失控的一種情況，是很危險的，這種情況下混凝土強度會失控，應特別避免。3.2.2粒型由于機制砂表面粗糙、多棱角且尖銳，粘結力、機械咬合力均大于天然砂，因此在同等水膠比條件下，機制砂比天然砂配制的混凝土強度略高。3.2.3母巖在同條件下，分別用石灰巖、玄武巖2種母巖制成的機制砂配制混凝土，發現C30強度差別不大，C60強度玄武巖略高于石灰巖。3.3對耐久性的影響。混凝土的耐久性在實際工程中，常常是被忽略的一環。耐久性不足，不僅會增加使用工程中的維修費用，影響工程的正常使用，還會過早地結束結構的使用年限，造成嚴重的資源浪費。對于有抗碳化、抗凍融、抗氯離子侵蝕、抗硫酸鹽侵蝕、抗堿-骨料反應、抗磨要求的工程，在使用機制砂之前，應參照相應標準進行耐久性驗證。3.3.1母巖堿活性首先要重視的是母巖的堿-骨料反應活性。擬應用于高性能混凝土的機制砂應進行堿活性檢測，具有堿-碳酸鹽反應活性的機制砂不得應用。存在潛在堿-硅酸反應危害時，必須采取抑制措施并通過試驗驗證方可應用；比如可以摻入粉煤灰、沸石、礦粉等摻合料，對ASR有害膨脹進行抑制。3.3.2母巖抗磨性路面和橋面混凝土使用的機制砂，應檢驗母巖骨料磨光值，不宜使用抗磨性較差的泥巖、頁巖、板巖等水成巖類母巖生產機制砂。3.3.3石粉顏從進的研究認為，天然砂中石粉含量的增加會降低混凝土抗氯離子滲透性能，但機制砂中石粉含量的增加對這一指標的影響不明顯；另外，機制砂中石粉能改善混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，C30和C60當石粉含量分別達到20%和15%時基本不腐蝕[5]。

4機制砂應用要點

4.1思想重視。對機制砂的態度，應當給予敬畏、但不畏懼。它的缺點很多，應用不當的話對工程影響較大，當事項目、當事人員應當保持畏懼之心。但它的優點也很多，無論從工程保供角度、還是從經濟性角度考量，都是有益的；并且我們已經有了相應的指導規范和成熟的技術支撐，當事項目、當事人員也不必畏懼。4.2制砂工藝先進性。目前機制砂的生產工藝良莠不齊，應用到交通工程中的機制砂，必須保持工藝的先進性。據了解，目前先進的機制砂生產工藝使用的是包含制砂機在內的高效集約樓站式生產線，采用沖擊加滾動碾壓復合破碎原理，區別于傳統立軸破的破碎方式，復核破碎可以實現對機制砂顆粒的高效破碎；生產線可以對機制砂顆粒進行一定程度的整形；還可以對粒徑進行設計從而獲得更合理的級配。先進工藝已經基本可以解決傳統機制砂石粉含量多、粒形差、級配不合理的缺陷，交通工程對混凝土和易性、強度、耐久性要求較高，使用機制砂前應對制砂工藝進行優選。4.3技術補充度。（最小透光率）和垂直火焰蔓延H等8項參數，區別在于B1級技術指標要求更嚴格。一般來說，電線電纜中大規格（非金屬材料占比較小）的低煙無鹵阻燃聚烯烴類電纜以及常用的防火電纜能滿足B1級要求。而對于低煙無鹵阻燃類中壓電力電纜，由于其絕緣為交聯聚乙烯，一般不能滿足B1級要求。聚氯乙烯護套或者阻燃聚烯烴類類阻燃類電纜則能滿足B2級要求。如果樣品未達到B2級，則判定為B3級，即普通電纜。B1、B2分級試驗中測量火焰蔓延、電纜熱釋放及產煙特性的試驗裝置是基于GB/T18380.31建立[2]，同時增加了熱釋放和產煙特性的測試設備。與GB/T18380.32-36系列標準規定的電線電纜成束阻燃性能試驗相比，電纜燃燒性能分級試驗在電纜安裝方式、電纜安裝數量、供火時間及點火源能量等方面有不同（見表2）。另外熱釋放測試系統在測量試驗過程中排煙管道中的二氧化碳濃度、氧濃度和煙密度的光透射強度時，這些參數受測試設備的穩定性影響較大，因此在試驗之前需進行充分的預熱，讓進風流量以及抽風系統的風速穩定，同時注意排煙管道中氣體流量的控制。

5工程應用分析

建筑內電纜燃燒性能分級在工程建設和相關標準規定中也得到越來越廣泛的應用，公安部消防局曾于2018年《建筑高度大于250米民用建筑防火設計加強性技術要求（試行）》，其中規定：消防電梯和輔助疏散電梯的供電電線電纜應采用燃燒性能為A級、耐火時間不小于3.0h的耐火電線電纜，其他消防供配電電線電纜應采用燃燒性能不低于B1級，耐火時間不小于3.0h的耐火電線電纜，非消防用電線電纜的燃燒性能不應低于B1級。電線電纜的燃燒性能分級應符合現行國家標準《電纜及光纜燃燒性能分級》GB31247的規定。另外上海地方標準DGJ08—2048—2016《民用建筑電氣防火設計規程》第8.2.2條要求建筑高度大于250m的建筑、建筑面積大于250000m2的高層公共建筑以及建筑面積大于40000m2的地下、半地下商店所選用的電纜，應通過現行國家標準《電纜及光纜燃燒性能分級》GB31247中的B1級試驗。總體來看，《電纜及光纜燃燒性能分級》GB31247—2014標準頒布以來，應用范圍還不是太廣，目前僅對超高層及人員密集場所要此要求。雖然我國阻燃耐火類電纜已得到廣泛應用和大量生產，我國也已多項國家標準來規定電纜及光纜的相關燃燒性能及其試驗方法。但是這些方法還相對獨立，GB31247—2014標準的有助于對電線電纜燃燒性能優劣的綜合評價，也有助于更加科學、全面、客觀地反映其在實際火災條件下的火災危險性，未來將在更多的工程建設及相關部門/行業標準中得到應用。

參考文獻

[1]公安部四川消防研究所，等.電纜及光纜燃燒性能分級：GB31247—2014[S].北京：中國標準出版社，2015.

[2]公安部四川消防研究所，等.電纜或光纜在受火條件下火焰蔓延、熱釋放和產煙特性的試驗方法：GB/T31248—2014[S].北京：中國標準出版社，2015.

[3]包光宏，程道彬.電纜及光纜燃燒性能分級解讀：GB31247—2014[J].建筑電氣，2015，34（07）：18-21.

作者:王國友 趙爽 陶軍 王樂 單位:江蘇蘇博特新材料股份有限公司