机制砂混凝土配合比优化设计及其外加剂研究

　　1.1.1天然砂资源匮乏

　　随着我国经济的飞速发展，基础设施的建设相应加快。而在建筑中混凝土是必不可少的，砂又是混凝土的核心。目前我国大多数地区使用的都是天然砂，即由自然条件作用（主要是岩石风化）而形成的，粒径在5mm以下的岩石颗粒。由于天然砂不适宜长途运输，因此属于一种地方资源。而且在短期内不可再生，由于建筑需求日益增加，导致很多地区天然砂资源短缺，一些本来天然砂资源就不丰富的地方甚至出现砂荒。例如重庆、贵州、云南、恩施这些地方，河砂资源很少，甚至根本就没有，给当地的基础建设带来了极大的不便。物以稀为贵，在天然砂短缺的地区，其价格必然会上涨。在这种经济利益的驱使下，我国很多地区出现了乱挖、乱采天然砂的现象，破坏河道挖沙、毁田挖沙等现象在很多地区都有发生，特别是在一些落后的地区，缺少环保意识，不注重生态环境的保护，只为追求利益，导致生态系统被破坏。这其中特别是对河道的破坏，挖沙船在将河道里的砂挖出来后，就会在河床上留下很多很深的水潭，儿童在这中水潭里溺亡的新闻实在不少。由于这种过度且无序地开采对环境和社会都带来了很多严重的危害，国家和各地方XX陆续采取的相关措施来限制这中过度开采。比如从2002年开始，国家就限制长江的采砂量为每年5000t。在这种天然砂资源匮乏的情况下，推广机制砂的使用就变得势在必行，而攻克机制砂混凝土的相关技术难题使其性能达到相关使用标准就成了这个推广过程的第一关。

　　1.1.2国内相关标准的制约

　　针对国内机制砂和天然砂的使用情况，为了规范和推进机制砂混凝土的应用，使其市场更加有序，国家于2002年发布了新标准《建筑用砂》（GB/T14684-2001）,该标准首次明确规定了使用机制砂的相关技术要求。毫无疑问，该新标准的推行对机制砂的推广应用具有很重要的意义。但是在这项标准中，一些相关规定还是限制了机制砂混凝土的应用。其对不同硬度的混凝土用机制砂中石粉含量进行了限制。该标准规定强度等级小于C30的机制砂混凝土所用机制砂中的石粉含量应该小于或等于7%，强度等级在C30到C60之间的机制砂混凝土所用机制砂中的石粉含量应该小于或等于5%，强度等级大于C60的机制砂混凝土所用机制砂中的石粉含量应该小于或等于3%。这项规定在很大程度上阻碍了机制砂混凝土的发展与推广应用，主要表现在两个方面。第一就是增加了机制砂的生产工艺的难度性，从而提高了机制砂的生产成本；第二就是浪费了大量矿产资源，污染环境。说其增加了生产难度，提高了生产成本是因为目前国内外生产机制砂都是通过破碎法生产，而通过这种生产方法生产出来的机制砂一般石粉含量在10%~20%。而为了使机制砂成品的石粉含量控制在3%、5%、7%，那么在生产过程中就得控制的更低，即相应为1%、3%、5%，如此低的石粉含量，几乎就是要把机制砂中石粉全部洗净，很显然这的确增加了生产难度，并且提高了生产成本。说其浪费了大量矿产资源，污染环境是因为目前机制砂中常用的除粉工艺是用水洗，每一立方机制砂大约需水2~4m³。而随水一起流走的粉体材料一般要占到10%~20%，这样既浪费了矿产资源又浪费了水资源。而且在排除的污水中，石粉在水中逐渐积累形成泥浆，量大并且难以处理，这样带来的结果就是严重污染了环境，同时流失了大量的矿产资源。

　　1.1.3机制砂性能的研究尚不成熟

　　我国发布的《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中已经规定：“在河砂不易得到时，也可用山砂或用硬质岩加工的机制砂”，但是在实际工程中，往往不是如此。例如在建造一些重大的桥梁时，仍然采用的是天然砂而不敢采用机制砂，其原因就在于我们对机制砂性能的研究尚不成熟，对其在某些特殊环境下会产生哪些变化还不是很清楚，某些研究成果还研究领域还存在一定的争议，因此在桥梁这种关系社会安全的重大工程中，不敢轻易采用机制砂。具体的有以下几个方面：

　　1.1.3.1大部分研究仅限于石灰岩，缺少其他岩性机制砂的研究

　　目前国内对机制砂性能的研究局限于石灰岩的研究，很少有其他岩性机制砂的研究。但是我国地域面积广阔，各地的各种矿石储量都不相同，但是在建筑的时候需要因地制宜，即取用储量最为丰富的矿石。在那些石灰岩储量丰富的地区，因为有关于石灰岩机制砂的相关研究，用石灰岩生产机制砂还能得到推广。但是在一些石灰岩储量稀少的地区，而其他岩石储量丰富，由于缺少相应岩性机制砂的研究，人们对其各方面的性能还是心存疑虑，于是该种岩性机制砂的应用就会受阻，导致其他岩性的机制砂的应用和质量控制方面还依然存在缺陷。

　　1.1.3.2机制砂中石粉含量对混凝土性能的影响存在争议

　　目前，各国对机制砂中石粉含量的最高限值不尽相同，某些国家甚至高达20%，而我国的标准本文前面所述，高达3%、5%、7%，这种规格已经是相当严格了。但是尽管有如此严格的限值要求，规定的制定者并没有给出相应的理论依据，这在一定程度上也不利于机制砂的推广使用。而且各方面对目前石粉含量对机制砂混凝土性能的影响也存在争议，使得他在应用中缺乏强有力的理论依据。例如，有研究认为，大幅增加石粉的含量，会导致混凝土在固化的过程中收缩迅速增大。但是另一方面，也有研究认为当石粉的含量达到某一临界值，继续增加石粉的含量将会降低混凝土的收缩。这些研究上的争议也阻碍着机制砂的推广应用。

　　1.1.3.3缺少对高石粉含量机制砂混凝土耐久性的研究

　　现阶段我们对于石粉含量在机制砂混凝土中起的影响作用主要集中在两个方面，一是石粉含量对机制砂混凝土工作性能的影响，二是石粉含量对机制砂混凝土强度的影响。这两者都是影响混凝土工作安全可靠性的重要影响因素，但是混凝土作为一种建筑材料，做好放在那里不是一天两天的事，短则几十年，长则上半年，而在这其中要经受风吹日晒，雨打雪淋，这就必须考虑到一个耐久性的问题。机制砂混凝土的耐久性如何，特别是高石粉含量的机制砂的耐久性，石粉不同于外加剂，尽管有一些微弱的化学性质，但是在混凝土中只能作为一种惰性添加剂，这些都缺少相关的研究，没有更充足的理论依据，当石粉含量高时，对机制砂混凝土的耐久性是否会产生影响，我们无从得知。我们的研究在这些方面的不成熟，也会给机制砂混凝土的推广应用带来困难。

　　1.1.3.4缺少机制砂的MB值对混凝土各项性能的研究

　　MB值又称为亚蓝值，表示机制砂中石粉含量的多少。因为在国标GB/T14684-2001《建筑用砂》规定必须用亚甲蓝方法检测混凝土用机制砂中的泥粉含量。该规定要求混凝土用机制砂的MB值必须小于1.4。当机制砂的MB值大于或者等于1.4的时候，用这种机制砂来配置高强度高性能的混凝土的时候，该规定对机制砂中石粉含量的限值更为严格。就如同上述对一般机制砂中石粉含量的最高限值的规定一样，其制定者也没有给出对机制砂MB值规定以及在MB值大于或等于1.4时对机制砂中石粉含量严格控制的理论依据。按照严格的生产要求去执行，却没有强有力的理论依据来支撑，这无疑对机制砂在应用的过程中带来困难。因此，加深这方面的研究是十分重要的。

　　1.1.3.5没有专门的机制砂混凝土配置技术

　　在机制砂的实际应用过程中，目前还是按照天然砂配置混凝土的方法来配置机制砂混凝土的。但是我们知道，机制砂与天然砂有很大区别，在这个配置的过程中，就会在很大程度上忽略了机制砂的某些特性，从而会使其按照传统方法配置出来的混凝土存在或多或少的问题。

　　1.1.4高性能混凝土在现代建筑里越来越重要

　　对高性能混凝的研究是现代混凝土技术的一个主要研究方向。一些学者把高性能混凝土成为21世纪混凝土，可见高性能混凝土在现代建筑中的重要性。其名称的由来要追溯到1990年，在由X混凝土学会（ACI）和X国家标准与技术研究院（NIST）共同主办的一次研究讨论会上，正式提出这个概念。大会给出了高性能的具体概念，高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期的强度较高、具有韧性和稳定性等各项性能的耐久混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。 因为高性能混凝土具有优异的工程技术特性，引起了各个国家的广泛关注和重视，陆续投入了大量的人力、物力、财力来研究和开发相关应用。在很短的时间内，使得高性能混凝土技术取得了很大的进步。现代建筑主要追求的是实用性和观赏性，正因为如此，对混凝土的要求越来越高，在这种背景下，高性能混凝土应运而生。足够的强度，优良的力学性能，良好的施工性能和优异的耐久性能都是高性能混凝土的特点。因此研究机制砂对混凝土性能的影响对社会经济的可持续发展具有重要意义。

　　1.1.5研究的意义

　　由于以上所述的各种原因，研究机制砂混凝土已经是势在必行。弄清楚机制砂对混凝土性能影响的机理及作用原理，攻克机制砂混凝土应用中的关键问题，为机制砂混凝土的推广应用提供可靠且强有力的理论知识基础，对解决天然砂匮乏这一关系国民生活质量的问题，对维持社会经济的可持续发展，提高我国混凝土技术，支持国民基础设施建设，保护生态环境有着不可磨灭的作用。

　　我们知道机制砂与天然砂存在许多差别，其主要表现在石粉含量（颗粒直径小于75μm的颗粒），级配与粒形等诸多方面，这些差异性也直接导致了天然砂混凝土和机制砂混凝土性能上的差异性，针对这些差异性，国内外学者都已经进行了很多的研究。

　　1.2.1机制砂的特性

　　最新的国家标准《建筑用砂》GB/T14684-2001中规定了人工砂的含义，即把经过除土处理而得到的机制砂和混合砂都成为人工砂（Manufacturedsand），都要按照人工砂的技术要求和检验方法来进行生产应用。该标准将机制砂（Machine-madesand或Artificialsand）定义为“由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩的颗粒”，而混合砂的定义是“由机制砂和天然砂混合制成的砂”。通过机械破碎的方式和筛分的特点将机制砂的基本特性定义如下：

　　①生产特点：目前机制砂都是通过破碎生产，已经形成了系统的机制砂生产线。机制砂生产线有振动给料机、颚式破碎机、制砂机、振动筛和胶带传输机等设备组合而成。根据不同的工艺要求，各种型号的设备进行组合，满足客户的不同工艺要求。首先，石料由粗碎机进行初步破碎，然后，产成的粗料由胶带运输机输送至细碎机进一步破碎，细碎后的石料进振动筛筛分出两种石子，满足制砂机进粒粒度的石子进制砂机机制砂，另一部分返回细碎机继续进行细破。进制砂机的石子一部分制成砂，经洗砂机清洗后制成成品砂，另一部分进制砂机再次破碎。由于机制砂的可控制性，即细度模数、粒形和级配都可以人为控制。这是与天然砂最大的区别，也是其优势所在。

　　②外观特征：天然砂的外观大部分呈黄色，而且其中的含泥量不易直接观察出。而机制砂大多颗粒尖锐，呈黑色或灰白色，石粉含量较高，通过干法生产的机制砂，在石粉含量10%的时候，看上去就完全像石粉一样，会使人心存疑虑，担心其配合出来的混凝土的质量问题而不敢使用。

　　③石粉含量：机制砂在破碎生产的过程中，不可避免的会有一定量的石粉产生，这是正常现象，如前文所述，这也是天然砂与机制砂最主要的区别。石粉的概念是加工前经除土处理，加工后形成的粒径小于75μm的颗粒，他的化学成分和矿物组成与被加工的母岩都是一样的。另外值得注意的就是泥，泥也是由颗粒直径小于75μm的颗粒组成，但是石粉与泥的成分不同，粒径的分布不同，在配制混凝土的使用过程中所起的作用也不相同。天然砂中存在的泥对混凝土的性能是有害的，会降低混凝土的力学性能。与泥不同的是，机制砂中的石粉对混凝土是有益的。正因为有适量石粉的存在，才弥补了机制砂配制混凝土时和易性差的缺陷。与此同时，适量石粉的掺入对完善混凝土特细骨料的级配(在这一点上，天然砂由于其生成形式的限制，其特细级配部分是不完善的)，提高混凝土密实性都是有益的，进而起到提高混凝土综合性能的作用。

　　④粗细程度：目前机制砂基本都为中粗砂，细度模数一般都在3.0~3.7之间浮动。如果机制砂的细度模数过大，则粗颗粒太多，颗粒直径小于300μm颗粒太少，级配就不合理，混凝土的和易性就会变差。如果机制砂的细度模数过小，则颗粒直径小于75μm石粉就太多，混凝土的用水量都会增大，导致混凝土的强度降低，收缩量增大，并且机制砂的生产电耗会增加。这就是说，机制砂中的石粉含量的多少，是与机制砂的细度模数密切相关的，如果细度模数小，则颗粒直径小于75μm的颗粒就多，即石粉含量高。反之，细度模数大，石粉含量就低。

　　⑤级配状况：通过分析颗粒组成的统计结果可知，机制砂中颗粒直径大于2.36mm和小于0.15mm的颗粒偏多，而中间颗粒偏少(尤其是0.3mm~1.18mm的颗粒)，有时甚至会出现某一粒级断档的情况。但是就总体上来说，机制砂基本上可以符合天然砂I区和II区砂的技术要求。

　　⑥颗粒形状：由于机制砂是经机械破碎制成的，所以颗粒形状多数呈三角体或者方矩体（有些片状颗粒较多），表面粗糙，颗粒尖锐并且有棱角，这对集料和水泥的粘结是有利的，但是对混凝土的和易性却是不利的，特别是当应用在强度等级低的混凝土中时，会引起混凝土的较大泌水率，而适量石粉的存在，则可在一定程度上弥补这一缺陷。

　　1.2.2机制砂的制备技术发展概况

　　目前所有的机制砂制备方法可以分为干法制砂和湿法制砂。传统所用的细碎机例如棒磨机和圆锥细碎机，其要求进料的颗粒直径要小于25mm，因此在将原料送入细碎机进行制砂之前必须进过多次的粗碎将大块的母岩破碎成满足细碎机的进料要求后，再将其送入细碎机进行细碎，一般最少需先行进行3次粗碎。这样无疑增加了生产工艺的复杂程度，并且提高了机制砂生产成本。随着越来越多的学者投入到机制砂的制备技术研究，其制备技术已经向前发展了一个阶段。现在出现的一些高性能细碎机，其进料粒径已经可以达到40~60mm，这在很大程度上降低了生产成本，因为可以减少细碎之前的粗碎步骤。根据目前国内外的机制砂生产经验，其大致的生产工艺流程图如下图所示。

　　1.2.2.1湿法制砂

　　目前湿法制砂中最常见的制砂设备是棒磨机，其进料粒径一般为5到25mm，生产处的成品砂中颗粒直径大于5mm的碎石含量比较少。经其生产处的产品进螺旋分级机和旋流器分成废污泥水和成品机制砂。生成的废污泥水要送到沉砂池或者旋转式分级机，回收混在里面流失的细砂，减少资源的浪费。而剩余的污水进一步通过专门的净化设备进行处理再排放。

　　1.2.2.2干法制砂

　　干法制砂如上所述，首先，石料由粗碎机进行初步破碎，然后，产成的粗料由胶带运输机输送至细碎机进一步破碎，细碎后的石料进振动筛筛分出两种石子，满足制砂机进粒粒度的石子进制砂机机制砂，另一部分返回细碎机继续进行细破。进制砂机的石子一部分制成砂，经洗砂机清洗后制成成品砂，另一部分进制砂机再次破碎。在国外一些工程中为了降低石粉含量、减少制砂机磨损、简化工艺流程，通常会采取降低设备破碎比和调低进料粒径等一系列办法来解决这些问题。

　　1.2.2.3机制砂加工设备的发展

　　随着我国基础设施建设的步伐逐渐加快，建筑用砂的需求量越来越大。传统所用的天然砂已经难以满足需求量，因此使用机制砂来代替天然砂已经变得势在必行。而面对如此大的需求量，加快研究机制砂的生产工艺技术对提高机制砂的生产质量和效益变得尤为重要。

　　（1）在大型工程项目中，砂料的生产一直都受到高度重视，因此采用先进的制砂设备，研究新的制砂工艺，可以大大提高机制砂生产工艺的可靠性，保证产品质量，节约工程投资。 

　　（2）对于大型工程项目，特别是混凝土量大、强度性能要求高的工程，混凝土骨料加工规模庞大， 机制砂的生产宜与粗骨料生产分开，以利于系统生产运行管理，稳定均衡机制砂的生产。 

　　（3）逐步实现机制砂独立生产，可实现自动控制，减少生产管理人员的配置，产品质量可实现计算机实时监控，自动调整。 

　　（4）机制砂生产规模不超过200t/h和人工料场开采石料质量容易控制时，可以考虑使用干法生产机制砂，这样可以满足环保要求，同时也可以节约项目投资。

　　同许多其他新事物一样，新事物的产生与应用肯定要与传统的东西竞争。机制砂也是一样。由于传统的习惯性思维影响，只要有天然砂的存在，尽管其质量有时并比不上机制砂，但是人们还是会选择用天然砂，这就给机制砂的发展应用带来一定的阻力。

　　在国内，只有少数地区建立了正规的砂石交易市场。全国大多数地方的砂石交易还是靠原始的个体信息和状态来完成的，这样就是的买家想买却买不到，而好的砂石又因为没有正规的交易渠道发挥不了真正的价值。这样一来，砂石的价格就被简单的生产方式和最低的资源成本所决定，非法采砂市场此时趁虚而入，从而阻碍了机制砂的发展。砂石是典型的地域化的材料,而且又是能消耗较多自然资源的产品,在建设资源节约型、环境友好型社会和发展循环经济中能发挥着非常重要的作用,但由于过去天然砂生产主体比较分散,涉及到水利、国土、环保、建设、建材和乡镇XX等多个XX管理部门,未能引起应有的重视和管理。机制砂的生产和市场应由当地XX及相关主管部门共同协调管理，加强监督机构的执法力度，杜绝非法开采和生产，只有做到这样，机制砂才能得到迅速而健康的发展,为社会建设和保护环境做出应有的贡献。

　　1.4.1研究目标

　　研究机制砂，就是要针对其特性，通过分析混凝土的微观结构和宏观性能，探讨机制砂母岩特性、生产工艺、石粉含量和外加剂多混凝土力学性能、工作性能和、稳定性和耐久性的影响与作用机理，从而为机制砂的推广应用提供坚实的理论基础。

　　1.4.2研究途径

　　通过对比及实验分析来获得相应实验数据，并查阅前人在这一方面做出的相关研究资料，在总结已有结论的同时，得出自己的结论。

　　2.1.1母岩种类及特性

　　母岩，顾名思义就是生产机制砂所用的原料矿石。目前广泛使用的母岩有石英岩、片麻岩、花岗岩、玄武岩、石灰岩、大理岩这几种。文献[8]对这几种母岩的性质特性给出了很详细的介绍。

　　（1）石英岩

　　石英岩主要矿物为石英，可含有云母类矿物及赤铁矿、针铁矿等。石英岩是一种主要由石英组成的变质岩，石英岩的含量大于85%，是石英砂岩及硅质岩经过变质作用形成。一般是由石英砂岩或其他硅质岩石经过区域变质作用，重结晶而形成的。也可能是在岩浆附近的硅质岩石经过热接触变质作用而形成石英岩。石英岩的原岩可以是很多种，包括单矿物石英砂岩，含泥沙钙质石灰砂岩，胶体沉积的硅质岩和深海放射虫硅质岩。可以根据变晶程度、副产物、结构、岩石共生组合及产状等特性来区分不同原岩形成的石英岩。石英岩硬度高，吸水较低，颗粒细腻，结构紧密，而且分布广泛方便开采。

　　（2）片麻岩

　　片麻岩是一种变质岩，而且变质程度深，具有片麻状构造或条带状构造，有鳞片粒状变晶，主要由长石、石英、云母等组成，其中长石和石英含量大于50%，长石多于石英。如果石英多于长石，就叫做“片岩”而不再是片麻岩。片麻岩主要由长石、石英组成，中粗粒变晶结构和片麻状或条带状构造的变质岩。片麻岩一种变质岩。通常为中-高级变质作用的产物。具明显的片麻状构造。主要由长石、石英和各种暗色矿物（云母、角闪石、辉石等）组成。根据岩石的物质成分可分为富铝片麻岩、斜长片麻岩、碱长（二长）片麻岩和钙质片麻岩等。还可依所含矿物种类进一步分为角闪石斜长片麻岩、石榴子石斜长片麻岩、黑云母斜长片麻岩等。其原岩类型比较复杂，可以是正常沉积岩（粘土岩、粉砂岩等），也可以是火山岩、火山碎屑岩或各种侵入岩。在一定的温度和压力条件下，可由区域变质作用或接触变质作用形成。

　　（3）花岗岩

　　花岗岩（Granite）是一种岩浆在地表以下凝却形成的火成岩，主要成分是长石和石英。花岗岩的语源是拉丁文的granum，意思是谷粒或颗粒。因为花岗岩是深成岩，常能形成发育良好、肉眼可辨的矿物颗粒，因而得名。花岗岩不易风化，颜色美观，外观色泽可保持百年以上，由于其硬度高、耐磨损，除了用作高级建筑装饰工程、大厅地面外，还是露天雕刻的首选之材。花岗岩是岩浆在地下深处经冷凝而形成的深成酸性火成岩，部分花岗岩为岩浆和沉积岩经变质而形成的片麻岩类或混合岩化的岩石。花岗岩主要组成矿物为长石、石英、黑白云母等，石英含量是10%～50%。长石含量约总量之2/3，分为正长石、斜长石（碱石灰）及微斜长石（钾碱）。不同品种的矿物成份不尽相同，还可能有含辉石和角闪石。花岗岩质地坚硬，难被酸碱或风化作用侵蚀，常被用于建筑物的材料。花岗岩（Granite）的语源是拉丁文的granum，而汉字名词花岗岩则是由日本人翻译而来。明治初期的辞典与地质学书籍将Granite翻译作花岗岩或花刚岩。花形容这种岩石有美丽的斑纹，刚或岗则表示这种岩石很坚硬，也就是有着花般斑纹的刚硬岩石的意思。中国学者则沿用此译名。

　　（4）玄武岩

　　玄武岩(basalt)属基性火山岩。是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质，也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质。1546年，G.阿格里科拉首次在地质文献中，用basalt这个词描述德国萨克森的黑色岩石。汉语玄武岩一词，引自日文。日本在兵库县玄武洞发现黑色橄榄玄武岩，故得名。玄武岩的主要成份是二氧化硅、三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁（还有少量的氧化钾、氧化钠），其中二氧化硅含量最多，约占百分之四十五至五十左右玄武岩的颜色，常见的多为黑色、黑褐或暗绿色。因其质地致密，它的比重比一般花岗岩、石灰岩、沙岩、页岩都重。玄武岩结晶程度和晶粒的大小，主要取决于岩浆冷却速度。缓慢冷却（如每天降温几度）可生成几毫米大小、等大的晶体；迅速冷却（如每分钟降温100℃），则可生成细小的针状、板状晶体或非晶质玻璃。因此，在地表条件下，玄武岩通常呈细粒至隐晶质或玻璃质结构，少数为中粒结构。常含橄榄石、辉石和斜长石斑晶，构成斑状结构。斑晶在流动的岩浆中可以聚集，称聚斑结构。这些斑晶在玄武岩浆通过地壳上升的过程中形成（历时几个月至几小时），也可在喷发前巨大的岩浆储源中形成。基质结构变化大，随岩流的厚薄、降温的快慢和挥发组分的多寡，在全晶质至玻璃质之间存在各种过渡类型，但主要是间粒结构、填间结构、间隐结构，较少次辉绿结构和辉绿结构。

　　（5）石灰岩

　　石灰岩（Limestone）简称灰岩，以方解石为主要成分的碳酸盐岩。有时含有白云石、粘土矿物和碎屑矿物，有灰、灰白、灰黑、黄、浅红、褐红等色，硬度一般不大，与稀盐酸反应剧烈。石灰岩主要是在浅海的环境下形成的。石灰岩按成因可划分为粒屑石灰岩（流水搬运、沉积形成）；生物骨架石灰岩和化学、生物化学石灰岩。按结构构造可细分为竹叶状灰岩、鲕粒状灰岩、豹皮灰岩、团块状灰岩等。石灰岩的主要化学成分是CaCO3易溶蚀，故在石灰岩地区多形成石林和溶洞，称为喀斯特地形石灰岩是烧制石灰和水泥的主要原料，是炼铁和炼钢的熔剂。

　　（6）大理岩

　　大理岩属于变质岩，又称大理石。因在中国由于云南省大理县盛产这种岩石而得名。由碳酸盐岩经区域变质作用或接触变质作用形成。主要由方解石和白云石组成，此外含有硅灰石、滑石、透闪石、透辉石、斜长石、石英、方镁石等。具粒状变晶结构，块状（有时为条带状）构造。通常白色和灰色大理岩居多。大理岩是由石灰岩、白云质灰岩、白云岩等碳酸盐岩石经区域变质作用和接触变质作用形成，方解石和白云石的含量一般大于50%，有的可达99%。但是除少数纯大理岩外，在一般大理岩中往往含有少量的其他变质矿物。由于原来岩石中所含的杂质种类不同（如硅质、泥质、碳质、铁质、火山碎屑物质等），以及变质作用的温度、压力和水溶液含量等的差别，大理岩中伴生的矿物种类也不同。例如，由较纯的碳酸盐岩石形成的大理岩中，方解石和白云石占90%以上，有时可含有很少的石墨、白云母、磁铁矿、黄铁矿等，在低温高压条件下方解石可转变成文石；由含硅质的碳酸盐岩石形成的大理岩中，在中、低温时可含有滑石、透闪石、阳起石、石英等，在中、高温时可含有透辉石、斜方辉石、镁橄榄石、硅灰石、方镁石等，在高温低压条件下可出现粒硅钙石、钙镁橄榄石、镁黄长石等；由含泥质的碳酸盐岩石形成的大理岩中，在中、低温时可含有蛇纹石、绿泥石、绿帘石、黝帘石、符山石、黑云母、酸性斜长石、微斜长石等，在中、高温时可含有方柱石、钙铝榴石、粒硅镁石、金云母、尖晶石、磷灰石、中基性斜长石、正长石等。

　　2.1.2母岩质量要求

　　2.1.2.1物理性能要求

　　机制砂配置混凝土首先需要考虑的就是硬度，刚度问题，否则配制出来的混凝土很难达到要求。因此，这就要求所用母岩需要质地坚硬，还要值得考虑的一点就是母岩的极限强度，对于石灰岩，其极限强度应不小于80MPa，对于砂岩，其极限前度应不小于55MPa。如果母岩的质地松软，则在破碎过程中将达不到应有的效果，而且也不利于后续生产工序的进行。且母岩应不能较高的吸水性，因为机制砂生产工艺的最后一步就是进行水洗，除掉其中过量的石粉，如果母岩有高的吸水性，则在这一步中，成品将吸水而随石粉一起流走，这显然是不能允许的。

　　2.1.2.2化学性能的要求

　　对于化学性能，因为在机制砂的生产过程到使用过程中，能发生化学反应的机会不多。在生产过程中，全部都是物理变化过程。而在使用过程，也就是与水泥配制混凝土的过程中，可能会遇到其他一些物质，因此这就需要机制砂有一定的化学稳定性。而机制砂的化学组成又是与其母岩相同的，因此要求母岩具有一定的化学稳定性。

　　2.1.3母岩检测

　　针对母岩的前期检测，主要有以下几种快速检测指标。下面将举例进行试验说明。

　　（1）饱和面干吸水率

　　饱和面干吸水率决定了混凝土的工作性、耐久性和工作性有很大的影响。如果母岩的吸水率过高会严重影响混凝土的经时损失和其工作性能，同时会造成更严重的干缩和混凝土耐久性的降低。下表1是天然黄沙与3种机制砂的饱和面干吸水率。

　　表1黄沙和3种机制砂的饱和面干吸水率%

 

　

　　（2）胶砂流动度及损失

　　胶砂流动度评价机制砂混凝土能否满足工作要求的一个重要性能指标。本项目也选取黄砂、花岗岩机制砂、玄武岩机制砂、凝灰岩机制砂来进行实验研究。为了与实际机制砂混凝土的使用情况更接近，按m（水泥）：m（机制砂）：m（水）=500:1250:200，脂肪族系列减水剂【固含量（30±0.5）%减水率21%】掺量占水泥质量的1.8%来配置胶砂，测试胶砂流动度结果如表2。

　　表2胶砂流动度测试结果

　

　　（3）混凝土坍落度和损失

　　混凝土坍落度主要是指混凝土的塑化性能和可泵性能，在施工中这些都是必须要考虑的。选取黄砂、花岗岩机制砂、玄武岩机制砂、凝灰岩机制砂来配置混凝土进行坍落度的实验研究。按m（水泥）：m（机制砂）：m（水）：m（石）=367:850:183.5:995配置机制砂混凝土，按照m（水泥）：m（黄砂）：m（水）：m（石）=367:905:183.5:940来配置黄砂混凝土，其坍落度测试结果见表3所示。

　　表3混凝土坍落度测试结果

　

　　影响着胶砂流动性的主要因素是石材的种类和级配。由上述实验可以看出，花岗岩机制砂与天然砂有相近的流动度，玄武岩机制砂次之，而凝灰岩机制砂则没有流动性可言。而级配对流动性的影响大致可以归纳为：机制砂的细度模数越小，细颗粒越多，则配制的混凝土流动性越差。

　　2.1.4不同母岩对混凝土效果区别

　　为了验证研究不同岩性的母岩对混凝土性能的影响，在相同的实验条件下，选取天然黄砂、石英岩机制砂、玄武岩机制砂配置了强度等级为C50的混凝土试样，对其力学性能和工作性能进行检测，结果如表4所示。

　　表4不同岩性对混凝土性能的影响

　　从表4中可以得出，与天然砂配制的混凝土相比，机制砂配制的混凝土在工作性能上要逊色很多。在早期的强度测试，即从坍落度这一栏可以看出，玄武岩早起的强度下降较多，但是后期的强度却有明显回升，甚至可以超过天然黄砂。对于工作性，石英岩机制砂的坍落度和扩展度都有下降，扩展度的下降幅度甚至达到了70%。这其中的原因主要有一下几个方面。首先，玄武岩机制砂中的石粉含量是石英岩机制砂中的两倍，在相同的水灰比下，石粉含量越多，颗粒之间小的颗粒增多，所需要的水量就增大，而在相同的实验条件下，给水量是相同的，因此其坍落度下降。另外，高石粉含量的玄武岩机制砂中的级配可能不合理，导致配制出来的混凝土和易性较差，易离析，这也可是玄武岩扩展度大的原因。其次，玄武岩表面粗糙，且裂缝较多，使得其中的大颗粒的吸附作用更大，这也是玄武岩机制砂的需水量增多的原因。对于强度性能方面，可以看到石英砂的强度几乎是与天然黄砂相同的，这是因为石英砂与天然黄砂的成分基本相同，使得两者的强度几乎相同。而对于玄武岩，其前期强度较低，是因为玄武岩机制砂的细度模数大，需水量大，流动性小，导致紧实性较差。而后期强度回升，甚至超过了天然黄沙，是因为玄武岩中包裹在玻璃体中的活性硅铝质氧化物的溶出，发生二次水花，优化了界面过渡期的微结构，并且与此同时，一定程度上加快了水泥水花，从而是后期的强度升高。

　　通过以上的实验，可以得出以下四个结论：

　　（1）由于岩性的不同，在用相同机制砂生产设备生产出来的机制砂在石粉含量、堆积密度、表面密度、细度模数等物理性质差异较大。机械强度较大且表面硬度大的母岩经过破碎生产出来的机制砂，大颗粒直径的和细颗粒直径的颗粒含量过多，导致级配较差，不适宜直接用于混凝土的配制，应先经过人工筛选才能投入使用。

　　（2）河砂石粉中的颗粒没有尖锐的棱角，都被钝化。玄武岩石粉颗粒中棱角较多，而且表面粗糙，配制混凝土时需水量大，主要含透辉石、钠长石、蛇纹石等诸多硅酸盐矿物，并且含有一定量的玻璃体。

　　（3）不同岩性的母岩对混凝土性能的影响，主要是因为不同母岩生产出来的机制砂中石粉含量和颗粒形状大小不同。而经过对比表中数据可知，石粉含量比颗粒形状对混凝土性能的影响更大。

　　（4）石英砂与天然黄砂的成分基本相同，因此两者经破碎生产得到的机制砂性能基本相同。但是对于玄武岩，包裹于玻璃体中的SiO2和Al2O3可以溶出，进行二次水化，这个过程中会消耗Ca（OH）2，会加速水泥的水化速度。与此同时，生成的二次水化产物填充在C-S-H凝胶的空隙中，也有利于加强强度。由此可见，有一定活性的矿物比惰性矿物经破碎生产出的机制砂配制的混凝土有更好的强度性能和耐久性。

　　2.2.1机制砂生产工艺及设备选型

　　机制砂基本生产工艺流畅前文已有介绍，大致可以归纳为：块石→粗碎→中碎→细碎→筛分→除尘→机制砂。可以用一句话总结，即将块状岩石经多次破碎后制成颗粒直径小于4.75mm的机制砂。一下就破碎原理、破碎机和制砂机的选用原则进行讨论。

　　2.2.1.1破碎方法和原理

　　目前生产中常见的生产方法和原理见表5。

　　表5常见破碎方法和原理

　　2.2.1.2破碎机的选用原则

　　在机制砂的生产工艺中，一般是采取三级破碎工艺，即粗碎、中碎、制砂机破碎，不同破碎阶段所用的破碎机也是不同的。粗碎中常用的是颚式破碎机，中碎中常用的是反击式破碎机，而制砂机破碎中大多是冲击式破碎。各种破碎机的性能见表6.

　　表6常用破碎机性能

　　2.2.1.3制砂机选用原则

　　制砂机中一般采用反击式制砂机、棒磨机或冲击式制砂机，他们的具体性能见表7。

　　表7反击式制砂机、棒磨机和冲击式制砂机对比

　　2.2.2机制砂生产工艺流程

　　其具体的制砂流程见下图所示。

　　2.2.3不同工艺生产出来的机制砂，对混凝土是否有影响

　　机制砂的生产工艺多种多样，不同工艺生产出来的机制砂配制的混凝土的性能肯定也是不一样的。合理的生产设备、优良的制砂工艺是机制砂生产质量的保证，决定的最终混凝土的各项性能。通过机制砂的生产工艺对于振动给料筛的技术要求、母岩的技术要求、物料几种破碎方法及其机理、常用破碎机、制砂机、除粉设备的性能特点的综合分析，为了制备出级配优异的的机制砂，应该选取质量检测过关的母岩，并且根据母岩的情况调整振动给料筛尺寸，粗碎宜采用颚式破碎机，中碎宜采用反击式破碎机，制砂机宜采用立式冲击式破碎机，除粉宜采用干法分级机除粉，如采用湿法除粉推荐采用轮式洗砂机。

　　2.3.1石粉含量的影响

　　石粉是在机制砂生产过程中产生的粒径小于75μm的岩石颗粒，石粉的产生不可避免，这也是机制砂与天然砂最显著的区别。机制砂的边角逐渐被磨得平滑，棱角部分被磨掉就形成了石粉。一般生产工艺中生产的石粉含量都在10%以上。但是由于国家标准的严格规定，这样生产出来的机制砂石粉含量都不能满足要求，因此一般在机制砂生产工艺的最后一步就是洗砂，即洗去机制砂制造过程中产生的过量的石粉，从而使其达到国家标准。石粉与天然砂中的泥不同，泥的存在对混凝土的各项性能是有害的，而石粉能构成机制砂的微细级配，是机制砂的重要组成部分，所以适宜含量石粉对混凝土有增强作用。

　　2.3.2机制砂石粉含量实验分析及含量要求

　　2.3.2.1实验方案

　　本次实验按照2个水胶比（0.45,0.42）和5种不同石粉含量（10.0%，14.5%，15.3%，18.0%，21.3%）组合分为10个组，并严格按照水工混凝土试验规程(SL352—2006)检测混凝土拌合物和易性、混凝土立方体抗压强度（7d，28d），通过比较分析，得出最优者。下表流出实验过程中各项实验数据以便进行分析。

　　表8实验数据对比

　　由此表可以得出不同十分含量的机制砂对混凝土和易性的差别，见下表。

　　表9石粉含量对混凝土和易性的影响

 

　

　　从表中可以看出，石粉含量在14.5%和15.3%的混凝土的和易性要好。另外还必须考虑的就是石粉含量对混凝土抗压强度的影响，具体实验数据见下表所示。

　　表10不同石粉含量对混凝土抗压强度的影响

　　由表10可以看出，在同一种水胶比下，石粉含量在从10%增到到14.5%的过程中混凝土的强度明显增大，石粉含量在14.5%到18%之间时，混凝土强度趋于稳定，当石粉含量大于18%时，又有很明显的降低。当石粉含量相同时，水胶比为0.42的混凝土抗压强度较大。因此，由上述实验结果可以得出，在实际生产中，应尽量选用0.42的水胶比来配制混凝土，并且将石粉含量控制在14%~18%之间，这样配制出来的混凝土在工作性能和强度性能上都能满足要求。

　　2.3.3石粉对混凝土性能的影响

　　试验研究在相同的水胶比条件下，石粉分别以10%、20%、30%、40%、50%和60%的替代率等量替代天然砂，考察不同的石粉替代率下混凝土的工作性能和力学性能，以找出石粉替代部分天然砂的最佳替代率。实验所用的配合比如下图所示。

　　得出的实验结果如下图所示。

　　根据上表可以得出石粉含量对混凝土性能的影响。当石粉的代替率小于30%时，混凝土的初始坍落度基本与标准的混凝土一直，在60min内的坍落度也基本保持一致。与此同时，在30%的替代率范围内，在坍落度经时损失方面，在60min时的坍落度损失量不大于15mm。而从和易性来看，当石粉代替率小于30%时，随着石粉含量的增加，混凝土的和易性在逐渐变好，由此带来混凝土的泵送性更佳。

　　而当石粉含量的代替率大于30%时，由图中可见混凝土的初始坍落度迅速的下降，并且随着替代率的增大，60min内的坍落度也在增大。

　　机制砂与天然砂相比，由于有石粉的存在，它在混凝土中以惰性微粉颗粒的形式存在，相当于增大了混凝土中的胶凝材料。尽管这种胶凝材料不具有水花活性，但是在搅拌的过程中，可以在混凝土中起到滚珠的作用，从而一定程度上增加了混凝土的流动性，使混凝土的和易性得到改善。

　　但同时，因为石粉是经石灰岩破碎破碎加工、筛分得到的，颗粒表面较粗糙而且有棱角，在颗粒内部有许多微裂纹、空隙较大，因此如果当石粉替代率比较大时，上述石粉的缺点就会暴露出来，同时过大的石粉替代率将会在很大程度上地增加单方混凝土中粉状颗粒的含量，这些因素都会非常大地增加了混凝土中细集料的总比表面积，从而增加混凝土单位立方米所需用水量，导致混凝土的各项工作性能下降。

　　文献[8]对现代建筑中一些常用的混凝土外加剂做了很详细的介绍，下面来一一介绍。

　　(1)减水剂：又称塑化剂或分散剂。拌和混凝土时加入适量的减水剂可使水泥颗粒分散均匀，同时将水泥颗粒包裹的水分释放出来，从而能明显减少混凝土用水量。减水剂的作用是在保持混凝土配合比不变的情况下，改善其工作性，或在保持工作性不变的情况下减少用水量，提高混凝土强度或在保持强度不变时减少水泥用量，节约水泥，降低成本。同时，加入减水剂后混凝土更为均匀密实，改善一系列物理化学性能，如抗渗性、抗冻性 、抗侵蚀性等，提高了混凝土的耐久性。

　　 (2)缓凝剂：能延缓混凝土凝结硬化时间，便于施工，能使混凝土浆体水化速度减慢，延长水化放热过程，有利于大体积混凝土温度控制。缓凝剂会对混凝土l～3d早期强度有所降低，但对后期强度的正常发展并无影响。一般缓凝剂可使混凝土的初凝时间延长l～4h，但这对高温情况下大仓面混凝土施工是不够的。为了满足高温地区和高温季节大体积混凝土施工需要，国家“八五”科技攻关项目研究出了高温缓凝剂，这种缓凝剂能在气温为(35+2)℃、相对湿度为(60+5)％的条件下混凝土初凝时间为6～8h。 

　　(3)早强剂：是指能加速混凝土早期强度发展的外加剂。主要作用机理是加速水泥水化速度，加速水化产物的早期结晶和沉淀。主要功能是缩短混凝土施工养护期，加快施工进度，提高模板的周转率。主要适用于有早强要求的混凝土工程及低温、负温施工混凝土、有防冻要求的混凝土、预制构件、蒸汽养护等等。 

　　(4)引气剂：是一种表面活性物质，它能使混凝土在搅拌过程中从大气中引入大量均匀封闭的小气泡，使混凝土中含有一定量的空气。好的引气剂能引入混凝土中的气泡达l0亿个之多，孔径多为0.05～0.2mm，一般为不连续的封闭球形，分布均匀，稳定性好，这样能显著提高混凝土的抗冻性、耐久性同时还能改善混凝土和易性，特别是在人工骨料或天然砂颗粒较粗、级配较差以及在贫水泥混凝土中使用效果更好，改善混凝土的泌水和离析 ，减少混凝土渗透性，提高混凝土抗侵蚀能力。 

　　(5)速凝剂：是指能使混凝土迅速硬化的外加剂。一般初凝时间小于5min，终凝时间小于lOh，lh内即产生强度，3天强度可达基准混凝土3倍以上，但后期强度一般低于基准混凝土。速凝剂主要用于喷射混凝土和紧急抢修工程、军事工程、防洪堵水工程等，如矿井、隧道、引水涵洞、地下工程岩壁衬砌、边坡和基坑支护等。  

　　(6)防冻剂：指能使混凝土中水的冰点下降，保证混凝土在负温下凝结硬化并产生足够强度的外加剂。绝大部分防冻剂由防冻组分、早强组分、减水组分或引气剂复合而成，主要适用于冬季负温条件下的施工。值得说明的是，防冻组分本身并不一定能提高硬化混凝土抗冻性。 

　　(7)膨胀剂：是指能使混凝土产生一定体积膨胀的外加剂掺入膨胀剂的目的是补偿混凝土 自身收缩、干缩和温度变形防止混凝土开裂，并提高混凝土的密实性和防水性能。目前建筑工程中膨胀剂的应用越来越多，如地下室底板和侧墙混凝土、钢管混凝土、超长结构混凝土、有防水要求的混凝土工程等等。 

　　(8)加气剂：是以化学反应的方法引入大量封闭气泡．用以调节混凝土的含气量和表观密度 ，也可以用来生产轻混凝土。 

　　(9)絮凝剂：主要用以提高混凝土的黏聚性和保水性 ，使混凝土即使受到水的冲刷，水泥和集料也不离析分散。因此，这种混凝土又称为抗冲刷混凝土或水下不分散混凝土，适用于水下施工。 

　　(10)减缩剂：的主要作用机理是降低混凝土孔隙水的表面张力，从而减小毛细孔失水时产生的收缩应力。此外．减缩剂增强了水分子在凝胶体中的吸附作用，进一步减小混凝土的最终收缩值。 

　　(11)养护剂：又称混凝土养生液，其主要作用是涂敷于混凝土表面，形成一层致密的薄膜，使混凝土表面与空气隔绝防止水分蒸发，使混凝土利用自身水分最大限度地完成水化的外加剂。  

　　(12)阻锈剂：是指能抑制或减轻混凝土中钢筋或其他预埋金属锈蚀的外加剂。钢筋或金属预埋件的锈蚀与其表面保护膜的情况有关。混凝土碱度高，埋入的金属表面形成钝化膜，有效地抑制钢筋锈蚀。若混凝土中存在氯化物会破坏钝化膜，加速钢筋锈蚀。加入适宜的阻锈剂可以有效地防止锈蚀的发生或减缓锈蚀的速度。 

　　(13)泵送剂：能改善混凝土拌和物泵送性能的外加剂称为泵送剂，所谓泵送性，是指混凝土拌和物具有能顺利通过输送管道、不阻塞、不离析、料塑性良好的性能。泵送剂是硫化剂中的一种 ，它除了能大大提高拌和物流动性以外，还能在60～180min时间内保持其流动性，剩余坍落度应不小于原始的55％。此外，它不是缓凝剂，缓凝时间不宜超过120min(特殊情况除外)。  

　　(14)脱模剂：是指用于减小混凝土与模板黏着力，易于使二者脱离而不损坏混凝土或掺入混凝土内的外加剂。目前科技人员还研发出了复合外加剂，它是具有两种以上主要功能的外加剂，如缓凝减水剂同时具有缓凝和减水功能引气减水剂同时具有引气和减水功能等。许多水电工程，特别是三峡工程，将两种外加剂复合使用，如缓凝高效减水剂和引气剂复合，同时具有高效减水、引气、缓凝作用，取得了很好的效果，既满足了大仓面浇筑混凝土缓凝的要求，又达到了减水和提高耐久性的目的。

　　在混凝土中加人外加剂后，由于品种不同，产生的作用也各异，多数是产生物理作用，例如吸附于水泥粒子表面形成吸附膜，改变了电位，产生不同的吸力或斥力;有的会破坏絮凝结构，提高水泥扩散体系的稳定性，改善水泥水化的条件：有的能形成大分子结构，改变水泥粒子表面的吸附状态;有的会降低水的表面张力和表面能等：还有少数直接参与化学反应，与水泥生成新的化合物。

　　由于外加剂能有效地改善混凝土的性能，而且具有良好的经济效益.在许多国家都得到广泛的应用，成为混凝土中不可或缺的材料。尤其是高效能减少剂的使用.水泥粒子能得到充分的分散，用水量大大减少，水泥潜能得到充分发挥。致使水泥石较为致密，孔结构和界面区微结构得到很好的改善，从而使得混凝土的物理力学性能有了很大的提高，无论是不透水性，还是氯离子扩散、碳化、抗硫酸盐侵蚀.以及抗冲、耐磨性能等各方面均优于不掺外加剂的混凝土，不仅提高了强度，改善和易性.还可以提高混凝土的耐久性。只有掺用高效减水剂，配制高施工性、高强度、高耐久性的高性能混凝土才有可能实现。

　　目前外加剂在机制砂配制混凝土方面的应用主要受到以下几个方面的影响。包括水泥矿物成分的影响，水泥中碱含量的影响，水泥标准稠度用水量的影响，水泥细度的影响，水泥的新鲜程度的影响，水泥温度的影响和水泥调凝剂石膏形态的影响。又因为在机制砂中，存在着一定含量的石粉，所以对于传送使用天然砂配制混凝土中所使用的外加剂对于机制砂肯定是行不通的。所以要把机制砂和水泥同时选择，再根据他们的兴致来配制最适合的外加剂，从而提高混凝土的各项性能。

　　上表为全机制砂混凝土各项性能指标，由表中可以看出，在不同的配合比，配置出来的混凝土的各项性能参数都是不相同的。考虑到施工中砂子的级配是很不均匀的，而且投料顺序，搅拌时间，混凝土盘内变异系数等因素，对混凝土都有一定的影响。因此为了使混凝土配合比满足设计使用要求，考虑加大水泥用量和掺用粉煤灰以改善和提高混凝土的技术性能,并减少骨料级配不稳定所造成的影响。由此可见，配合比对机制砂混凝土的影响是相当大的，在使用中，应选择一个最合适的配合比使机制砂混凝土达到使用标准。

　　为了更好的设计机制砂混凝土配合比，考虑到混凝土的配制过程中要用到水泥、水、外加剂等，因此，应该从以下几个方面去考虑配合比，以便设计出最优的配合比。

　　(1)水胶比范围

　　大量的研究证明，水胶比对混凝土的强度有很大的影响。研究发现，当w/c=0.41的时候，水胶比的抗压强度处于C50混凝土的配置强度边缘。如果水泥胶砂强度富余系数比较低，水泥混合材比例从15%提高到20%等一系列因素变化，这是混凝土的抗压强度就不易满足，甚至会达不到要求，尤其是较高的水胶比会使收缩和徐变增大，这对机制砂混凝土是一个很严重的问题，必须引起足够的重视。因此必须控制混凝土水胶比在0.32~0.38，这个范围内的水胶比会有利于保证混凝土的强度，耐久性也会得到保障。

　　(2)砂率取值范围

　　砂率也是影响机制砂混凝土工作性能的一个关键因素，合理的砂率能够使混凝土具有良好的流动性，使其具有良好的性能，尤其是在强度方面。如果砂率偏低，则会是混凝度粗糙，坍落度小，不易拌合浇筑和振捣，会使混凝土表面产生蜂窝面和水波纹，导致外观质量差。如果砂率偏高，会造成混凝土的收缩变大，强度降低，易产生裂纹，降低了混凝土的耐久性。

　　(3)细度模数问题

　　机制砂的细度模数也能对混凝土的各项性能产生影响，细度模数大，石粉含量就相应要高，则配制混凝土时的需水量就大，这样一来，为了保证机制砂混凝土的质量，在配制时就必须加大用水量。这样就不会可避免的是水泥用量增多，在经济利益上显得不经济，而在技术要求方面过多的使用水泥也是不合理的。级配过大时，混凝土的表面会产生麻面、气泡、蜂窝等畸形表面，影响混凝土的表面质量，同时会导致拌合物松散，和易性较差。

　　(4)原材料

　　原材料主要是母岩对其影响，以及粗细集料和水泥的配合。对于不同的粗细集料，应选择不同的水泥来配制混凝土。只有综合考虑上述四点来考虑配合比，才能找到最优的配合比，从而配制出相同原材料下性能最优的混凝土。

　　经过几个月的学习与努力，我的这篇《机制砂混凝土配合比优化设计及其外加剂研究》论文终于得以完成。在论文的整个设计过程中，我碰到了很多难题，在导师和同学的帮助下都得以解决。从课题选择、方案论证到具体设计和实验，没有哪一步不凝结着导师的心血与汗水，如果没有导师的指导，我完成这篇论文几乎是不可能。

　　最初刚从导师手里接过这个课题，对这方面的了解不是很深，因此没有一点眉目，该如何选定论文的研究路线，如何设计实验方案以及如何得出最后的结论。在与导师的沟通之后，决定从母岩岩性、生产工艺、石粉含量和外加剂对机制砂混凝土性能的影响，以及如何优化设计机制砂混凝土的配合比这几个方面来着手。经过查阅大量的资料，学习前辈们的研究成果，再加上自己的实验得出的结论，得出了一些初步具有实用性的结论。但是研究还是存在着一定的局限性，例如在研究外加剂对机制砂混凝土性能的影响时，只能根据以前的一些资料，总结出一些理论基础，而要去着手实验显得有些难度。因此，在外加剂在面对机制砂混凝土时需要哪些改进时，并不能具体的提出一些在生产工艺上的措施，只能根据理论知识和分析外加剂在面对天然砂时的一些特点来大概的提出改进方向。在今后，如果能继续接触或从事这一方面的工作，希望能结合实际生产经验，以及进行相关实验来得到一些具体的实验数据，并能过提出一些外加剂在改善机制砂混凝土性能上需要做出的一些改进。

　　在写这篇论文的过程中，我也领悟到了对于一些既成的理论知识，只有通过自己亲自动手去做，才能真正理解其中的一些核心内容，从而能得出自己的一些观点，而这一点对于从事研究工作是十分重要的。这篇论文即将完成之际，我的心情无法平静，在写作的过程中，得到了许多人的帮助，导师在辅导过程中表现出来的认真负责的工作态度，严谨的科研精神和深厚的理论水平都使我获益颇丰。他无论是在理论知识上还是在实践动手中，都能给与我很大的帮助，使我得到很大的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助，感谢他耐心的辅导。同时，同学们的鼓励和帮助也给了我很大的动力，如果没有他们的帮助，完成时间还要更长甚至根本就完不成，最后，致以我最真诚的谢意。

　　[1]王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].武汉理工大学,20008年.

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