隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，建筑工業(yè)工程建設(shè)日益增多，以西安為代表的西北地區(qū)呈現(xiàn)出天然砂石資源緊張甚至匱乏的局面，進(jìn)而影響了區(qū)域工程建設(shè)的進(jìn)度和發(fā)展。另一方面，由于天然砂資源短缺，其價(jià)格不斷上漲，部分商戶爭(zhēng)搶開(kāi)采并出現(xiàn)過(guò)度開(kāi)采情況，破壞了整個(gè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對(duì)周邊環(huán)境造成了極大的破壞。

　　在這種背景條件下，機(jī)制砂已經(jīng)面世就被工程界廣泛采用，用來(lái)制備砂漿、普通及特種混凝土在全國(guó)各個(gè)地區(qū)應(yīng)用于公路、橋梁及建筑工程中[1-5]。為掌握西北地區(qū)機(jī)制砂特性，擴(kuò)大其在混凝土工程中的應(yīng)用，取樣西安地區(qū)機(jī)制砂試樣，檢測(cè)其基本性能并制備了機(jī)制砂混凝土，研究為機(jī)制砂在西北地區(qū)的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)，同時(shí)為后續(xù)研究打下了基礎(chǔ)。

 　　1 機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)要素探討

　　1.1 機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)概述

　　機(jī)制砂因加工生產(chǎn)特點(diǎn)，其表面粗糙、棱角豐富、顆粒形狀差、磨阻力大，制備的混凝土流動(dòng)阻力大，新拌混凝土易離析。但是，機(jī)制砂的這些性能特點(diǎn)增加了集料與水泥漿之間的粘結(jié)力，制備的混凝土具有較好力學(xué)性能，被廣泛應(yīng)用在很多復(fù)雜的建筑工程中。綜合考慮機(jī)制砂各項(xiàng)性能，機(jī)制砂混凝土一般將機(jī)制砂與天然河砂混合使用。在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，首先，從機(jī)制砂的特性出發(fā)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)提高砂率，使得混凝土達(dá)到良好的保水性。其次，機(jī)制砂中石粉含量較高，提高了外加劑摻量，這就要求綜合考慮各種因素進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。綜上所述，機(jī)制砂混凝土應(yīng)從原材料、強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)、工作性能等方面入手，開(kāi)展混凝土配制與配合比設(shè)計(jì)。

　　1.2 原材料的選擇

　　機(jī)制砂混凝土使用的原材料除了應(yīng)滿足普通混凝土原材料的要求外, 應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

　　(1)水泥的選用要優(yōu)先考慮保水性能良好的硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥；

　　(2)機(jī)制砂的顆粒級(jí)配對(duì)混凝土的粘聚性有顯著影響, 最好使用細(xì)度模數(shù)為2.3～3.7的中粗砂,且顆粒級(jí)配符合《建設(shè)用砂》（GB/T14684-2011）的要求；

　　(3)石子宜使用連續(xù)級(jí)配的骨料,最大粒徑不宜大于31.5mm。

　　1.3 強(qiáng)度等級(jí)要求

　　機(jī)制砂混凝土因其生產(chǎn)特性的限制, 在混凝土生產(chǎn)、施工過(guò)程中容易出現(xiàn)離析泌水等現(xiàn)象, 其力學(xué)性能則會(huì)受到不同程度的損失。所以，在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，因根據(jù)機(jī)制砂特性設(shè)計(jì)強(qiáng)度值富裕合適的配合比，以滿足機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度等級(jí)要求。

　　1.4 工作性能要求

　　機(jī)制砂混凝土的工作性即和易性，是保證混凝土強(qiáng)度合格、施工泵送的必要條件。機(jī)制砂混凝土應(yīng)是粘稠、保水、不離析、流動(dòng)性強(qiáng)的混凝土。所以，和易性是其配合比設(shè)計(jì)的一個(gè)十分重要條件。

 　　2 機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)

　　2.1 試驗(yàn)原材料

　　水泥：冀東牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，各項(xiàng)性能指標(biāo)檢測(cè)合格；細(xì)骨料：西安渭河中砂，細(xì)度模數(shù)2.4，西安藍(lán)田某廠機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)為3.2；粗骨料：5-31.5mm連續(xù)級(jí)配卵石；礦物摻合料：陜西渭南電廠II級(jí)粉煤灰，陜西韓城電廠德龍牌S95級(jí)礦渣粉；外加劑：西卡聚羧酸緩凝減水劑；拌合水：自來(lái)水。機(jī)制砂與普通河砂性能檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

　　表1 機(jī)制砂與普通河砂性能檢測(cè)結(jié)果

　　2.2 配合比設(shè)計(jì)

　　試驗(yàn)設(shè)計(jì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，考慮到機(jī)制砂不同取代比例對(duì)混凝土工作性能、強(qiáng)度等的影響，選取6個(gè)不同取代比例，驗(yàn)證最佳機(jī)制砂取代天然砂的比例。依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2011），結(jié)合西安地區(qū)本地原材料性能特征，配合比設(shè)計(jì)如表2所示。

　　表2 試驗(yàn)配合比（kg/m3）

3 性能測(cè)試與分析

依據(jù)表2配合比制備混凝土，檢測(cè)新拌混凝土及硬化后混凝土性能，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 混凝土性能檢測(cè)結(jié)果

　　從表3列述的測(cè)試結(jié)果可以看出，制備的機(jī)制砂混凝土性能能滿足設(shè)計(jì)要求。制備的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度均能遠(yuǎn)滿足C30的力學(xué)性能要求，但隨著機(jī)制砂摻量的增加，新拌混凝土及1h經(jīng)時(shí)混凝土的坍落度與擴(kuò)展度等工作性能逐漸變差，綜合工作性能與最大比例的應(yīng)用機(jī)制砂等方面考慮，天然砂與機(jī)制砂的最佳摻和比例應(yīng)為2:3。

 　　4 C30及以上機(jī)制砂混凝土的配制

　　4.1 C30及以上機(jī)制砂混凝土的配合比

　　根據(jù)以上試驗(yàn)研究結(jié)論，以機(jī)制砂替代60%的天然砂制備了C30-C50強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土，其試驗(yàn)配合比如表4所示。

 　　表4 C30-C50混凝土用試驗(yàn)配合比（kg/m3）

　　4.2 性能檢測(cè)與分析

　　制備了C30-C50強(qiáng)度等級(jí)的機(jī)制砂混凝土其性能檢測(cè)結(jié)果如表5所示。從表5可以看出，制備的機(jī)制砂混凝土其新拌混凝土及經(jīng)時(shí)工作狀態(tài)良好，28d強(qiáng)度值滿足設(shè)計(jì)要求，且有一定富裕值。

　　表5 混凝土性能檢測(cè)結(jié)果

　　5 結(jié)論

　　5.1 試驗(yàn)用機(jī)制砂表面粗糙，棱角豐富，細(xì)度模數(shù)大，進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮原材料、強(qiáng)度等級(jí)設(shè)計(jì)、工作性能等因素。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，文章給出了西北地區(qū)機(jī)制砂在一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng)以及應(yīng)選取的參考值。

　　5.2 通過(guò)配合比設(shè)計(jì)確定了機(jī)制砂與普通河砂的最佳摻加比例為2:3，給出了利用機(jī)制砂制備C30-C50混凝土的試驗(yàn)配合比，豐富了西北地區(qū)機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，為進(jìn)一步的科研工作及工程施工提供了良好的思路，具有重要的參考價(jià)值。