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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(jié)出了在交通工程中應(yīng)用時，思想重視、保持制砂工藝先進性、技術(shù)補充3個方面要點，謹供參考。

[關(guān)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(jīng)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(zhì)巖、風(fēng)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(guī)定了公路工程水泥混凝土用機制砂的定義、分類與規(guī)格、技術(shù)要求、試驗方法、檢驗規(guī)則，以及標志、運輸和儲存。標準適用于公路工程預(yù)拌混凝土、現(xiàn)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?jié)B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(guī)格，粗砂細度模數(shù)為3.9~3.1，中砂細度模數(shù)為3.0~2.3。

2機制砂應(yīng)用概述

國內(nèi)各個領(lǐng)域目前機制砂的應(yīng)用情況：在水電工程領(lǐng)域，幾乎全部自產(chǎn)機制砂生產(chǎn)預(yù)拌混凝土；在房建領(lǐng)域，有一定比例使用了機制砂，受地方行政導(dǎo)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(chǎn)預(yù)拌混凝土的比例較低。近幾年，河砂、湖砂作為短時間內(nèi)很難再生的自然資源，日漸珍貴，開采量已經(jīng)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(chǎn)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(yīng)用探析

在交通工程中，通常需要關(guān)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(tǒng)稱為石粉。RolandsCepuritis研究發(fā)現(xiàn)，細度、比表面積是石粉的2個重要參數(shù)，對混凝土流變影響最大[1-2]。潘菲等的研究發(fā)現(xiàn)，0~45μm的粒徑區(qū)間是體現(xiàn)石粉性能最關(guān)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(fā)現(xiàn)，石粉摻加方式對水泥漿體流動性影響大，石粉內(nèi)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(diào)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(xiàn)場在找到有效的應(yīng)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(chǎn)泵送混凝土、高強混凝土?xí)r應(yīng)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(shù)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(dǎo)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(xiàn)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(qū)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(nèi)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(jīng)歷幾個項目后發(fā)現(xiàn)，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(diào)控手段，對混凝土強度基本沒有危害。但應(yīng)注意用水量的超標會導(dǎo)致開裂風(fēng)險增加，需要把握合理尺度。應(yīng)當區(qū)別看待的是，由外加劑被石粉吸附而導(dǎo)致的用水量變大，則屬于生產(chǎn)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(yīng)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(jié)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?guī)r、玄武巖2種母巖制成的機制砂配制混凝土，發(fā)現(xiàn)C30強度差別不大，C60強度玄武巖略高于石灰?guī)r。3.3對耐久性的影響?；炷恋哪途眯栽趯嶋H工程中，常常是被忽略的一環(huán)。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(jié)束結(jié)構(gòu)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(yīng)、抗磨要求的工程，在使用機制砂之前，應(yīng)參照相應(yīng)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(yīng)活性。擬應(yīng)用于高性能混凝土的機制砂應(yīng)進行堿活性檢測，具有堿-碳酸鹽反應(yīng)活性的機制砂不得應(yīng)用。存在潛在堿-硅酸反應(yīng)危害時，必須采取抑制措施并通過試驗驗證方可應(yīng)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(yīng)檢驗?zāi)笌r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(chǎn)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(yīng)用要點

4.1思想重視。對機制砂的態(tài)度，應(yīng)當給予敬畏、但不畏懼。它的缺點很多，應(yīng)用不當?shù)脑拰こ逃绊戄^大，當事項目、當事人員應(yīng)當保持畏懼之心。但它的優(yōu)點也很多，無論從工程保供角度、還是從經(jīng)濟性角度考量，都是有益的；并且我們已經(jīng)有了相應(yīng)的指導(dǎo)規(guī)范和成熟的技術(shù)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(chǎn)工藝良莠不齊，應(yīng)用到交通工程中的機制砂，必須保持工藝的先進性。據(jù)了解，目前先進的機制砂生產(chǎn)工藝使用的是包含制砂機在內(nèi)的高效集約樓站式生產(chǎn)線，采用沖擊加滾動碾壓復(fù)合破碎原理，區(qū)別于傳統(tǒng)立軸破的破碎方式，復(fù)核破碎可以實現(xiàn)對機制砂顆粒的高效破碎；生產(chǎn)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(shè)計從而獲得更合理的級配。先進工藝已經(jīng)基本可以解決傳統(tǒng)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(yīng)對制砂工藝進行優(yōu)選。4.3技術(shù)補充度。（最小透光率）和垂直火焰蔓延H等8項參數(shù)，區(qū)別在于B1級技術(shù)指標要求更嚴格。一般來說，電線電纜中大規(guī)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(lián)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(chǎn)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(chǎn)煙特性的測試設(shè)備。與GB/T18380.32-36系列標準規(guī)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(shù)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(tǒng)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(shù)受測試設(shè)備的穩(wěn)定性影響較大，因此在試驗之前需進行充分的預(yù)熱，讓進風(fēng)流量以及抽風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)速穩(wěn)定，同時注意排煙管道中氣體流量的控制。

5工程應(yīng)用分析

建筑內(nèi)電纜燃燒性能分級在工程建設(shè)和相關(guān)標準規(guī)定中也得到越來越廣泛的應(yīng)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(shè)計加強性技術(shù)要求（試行）》，其中規(guī)定：消防電梯和輔助疏散電梯的供電電線電纜應(yīng)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(yīng)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(yīng)低于B1級。電線電纜的燃燒性能分級應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《電纜及光纜燃燒性能分級》GB31247的規(guī)定。另外上海地方標準DGJ08—2048—2016《民用建筑電氣防火設(shè)計規(guī)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(yīng)通過現(xiàn)行國家標準《電纜及光纜燃燒性能分級》GB31247中的B1級試驗?？傮w來看，《電纜及光纜燃燒性能分級》GB31247—2014標準頒布以來，應(yīng)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(yīng)用和大量生產(chǎn)，我國也已多項國家標準來規(guī)定電纜及光纜的相關(guān)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(yōu)劣的綜合評價，也有助于更加科學(xué)、全面、客觀地反映其在實際火災(zāi)條件下的火災(zāi)危險性，未來將在更多的工程建設(shè)及相關(guān)部門/行業(yè)標準中得到應(yīng)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(chǎn)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