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前言

随着天然砂资源的短缺，开采限制日益严格，以及山区交通不便，公路建设材料运输困难，因此应用机制砂代替天然砂已经成为混凝土行业可持续发展的一种趋势。

机制砂是将母岩矿石去除风化产物后通过机械破碎、筛分成粒径小于4.75mm的岩石颗粒。对于机制砂的研究，主要集中在机制砂的石粉含量、机制砂的母岩特性、机制砂MB值等指标对不同强度混凝土的影响及机理研究。虽然国内外研究学者对机制砂混凝土进行了大量的试验研究，矿山种类繁多，大多研究集中在母岩为石灰岩、玄武岩、片麻岩的机制砂，但是由于地域差异和岩石风化程度的不同，得出的结论也不尽相同，其研究结果没有很好的借鉴指导。

本文以河砂和云南地区的石灰岩、花岗岩、玄武岩机制砂为研究对象，配制C30、C55、C80的混凝土，研究3种不同岩性的机制砂对不同强度的拌合物性能和力学性能的影响。

1 试验概况

1.1 试验材料

（1）水泥。北京金隅P·O 42.5普通硅酸盐水泥，其物理性能见表1。粉煤灰：邹城电厂的I级粉煤灰；硅灰：建研建材有限公司的硅灰，二氧化硅含量92%；降黏剂：建研建材有限公司的复合掺合料，满足JG/T 486-2015《混凝土用复合掺合料》中的易流型技术要求。

（2）粗骨料。试验选用5～20mm连续级配、表面粗糙、质地坚硬的石灰岩碎石，质量优良，级配合理，堆积密度1461kg/m3，饱和面干吸水率0.9%。

（3）细骨料。天然河砂，堆积密度1500kg/m3，吸水率1.2%，含泥量2.4%，细度模数2.6；3种机制砂的基本性能见表2；采用3种机制砂配制不同强度等级混凝土时分别控制机制砂石粉含量为：C30时，控制机制砂石粉含量为10%；C55和C80时，控制机制砂石粉含量为5%。

（4）减水剂。聚羧酸系高性能减水剂，减水率40%，泌水率比≤20%，塌落度保留值（1h）≥140mm。

（5）水：普通自来水。

1.2 试验设计

根据GB/T 14684-2011《建筑用砂》中机制砂的要求，分别采用河砂（A）和石灰岩机制砂（B）、玄武岩机制砂（C）、花岗岩机制砂（D）3种不同机制砂作为细集料，参照JGJ 55-2011《普通混凝土配合比设计规程》分别配制C30、C55、C80等级的混凝土，具体各组代号相应的混凝土配合比见表3。

根据表3的混凝土配合比，按照GB/T 50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测试拌合物的坍落度和扩展度；将养护3天、7天、28天、56天的试件按照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度测试。

2 结果与分析

2.1 不同岩性机制砂对混凝土拌合物的影响

为了探究不同岩性机制砂对混凝土和易性的影响，试验采用河砂和石灰岩、花岗岩、片麻岩3种不同岩性的机制砂配制C30、C55、C80的3种不同强度等级的混凝土进行工作性能的对比，试验数据见表4。

表4分别列出了河砂和3种机制砂配制的混凝土的坍落度和扩展度数据。从表4可知，适配不同强度等级的混凝土，不同岩性机制砂混凝土的拌合物性能可以达到或优于河砂混凝土：石灰岩机制砂优于河砂，河砂优于花岗岩机制砂，花岗岩机制砂优于玄武岩。达到相近工作性能时，3种机制砂混凝土和河砂混凝土的外加剂用量依次为：石灰岩机制砂＜河砂＜花岗岩机制砂＜玄武岩机制砂，由于3种机制砂的MB值从小到大依次为：石灰岩机制砂＜花岗岩机制砂＜玄武岩机制砂。MB值大小与机制砂石粉中的黏土质含量相关，MB值越大，黏土质含量越高，对外加剂的吸附性越强，因此3种机制砂对外加剂的吸附性依次为：石灰岩机制砂＜花岗岩机制砂＜玄武岩机制砂。

2.2 不同岩性机制砂对混凝土力学性能的影响

图1为河砂和3种不同岩性机制砂适配C30、C55、C80混凝土力学性能的对比结果。由表2可以看出：石灰岩的压碎值最大，玄武岩的压碎值最小；石灰岩的MB值最小，玄武岩的MB值最大。而从图1（a）（b）（c）中可知：对于C30、C55、C80混凝土，3种不同岩性的机制砂混凝土抗压强度在不同龄期均达到或高于河砂混凝土，其中石灰岩机制砂混凝土抗压强度在不同龄期的强度高于花岗岩机制砂，花岗岩机制砂高于玄武岩机制砂。

由此可见，机制砂的压碎值较小时，机制砂混凝土的抗压强度可能较小，机制砂混凝土的抗压强度除了受机制砂压碎值的影响外，机制砂MB值也是影响机制砂混凝土强度的重要因素，机制砂石粉中的黏土质含量较高时，影响混凝土强度的增长。对于C30混凝土，3种机制砂混凝土在3天时的抗压强度相近，随着龄期的延长，3种机制砂混凝土抗压强度之间的差距逐渐增大；对于C55混凝土，石灰岩机制砂混凝土在3天时的抗压强度明显高于花岗岩、玄武岩机制砂混凝土，随着龄期的延长，7天、28天、56天时花岗岩机制砂混凝土的抗压强度迅速增长，逐渐接近石灰岩机制砂混凝土，明显高于玄武岩机制砂混凝土；对于C80混凝土，3种机制砂混凝土抗压强度的规律与C55相同，但是随着龄期的延长，7天、28天、56天时花岗岩机制砂与石灰岩机制砂混凝土的抗压强度之间的差距有一定的减小，但仍明显小于石灰岩机制砂混凝土，而花岗岩机制砂混凝土在7天、28天、56天时的抗压强度明显仍然高于玄武岩机制砂混凝土。

随着混凝土强度等级的提高，石灰岩机制砂混凝土抗压强度高出河砂混凝土的比例有所增加：对于C30混凝土，石灰岩机制砂混凝土3天、7天、28天和56天强度分别比河砂混凝土大8.5%、14.8%、10.6%、13.1%；对于C55混凝土，3天、7天、28天和56天石灰岩机制砂混凝土抗压强度分别比河砂混凝土大8.9%、14.5%、10.3%、11.6%；对于C80混凝土，3天、7天、28天和56天石灰岩机制砂混凝土抗压强度分别比河砂混凝土大18.5%、21.1%、23.7%、23.7%。

结论

（1）石灰岩机制砂的MB值最小，对外加剂的吸附最少，使得石灰岩机制砂混凝土的拌合物性能最优，其次为花岗岩机制砂、玄武岩机制砂。

（2）对于C30、C55、C80混凝土，石灰岩、花岗岩和玄武岩机制砂混凝土在不同龄期的抗压强度均高于河砂混凝土；机制砂MB值也是影响机制混凝土强度的重要因素，由于石灰岩机制砂的MB值最小，因此石灰岩机制砂混凝土的抗压强度高于花岗岩、玄武岩机制砂。

（3）随着混凝土强度等级的提高，石灰岩机制砂混凝土抗压强度高出河砂混凝土的比例有所增加