機制砂物理特性對水泥膠砂強度的影響研究

萬娟霞 馬岢言

（甘肅省交通規劃勘察設計院股份有限公司，甘肅 蘭州 730030）

0 前言

作為天然砂的理想替代產品，機制砂顆粒表面粗糙、多棱角，且大多級配不良，0.315～0.63mm級配顆粒偏少。機制砂的性能參數主要包括原石單軸抗壓強度、堅固性、壓碎值、空隙率、亞甲藍值、細度模數、表觀密度、級配區間、石粉含量、粉料質量指數PQI等[1-3]。目前，國內對機制砂膠砂研究較多，主要集中在礦物摻合料、聚丙烯纖維、石粉含量和機制砂種類對機制砂膠砂工作性能、力學性能、抗裂性能、耐久性的影響[4-12]。受地域氣候的影響，甘肅機制砂母巖種類繁多，加之機制砂生產工藝和設備差異，導致機制砂關鍵物性參數波動大。因此，有必要對甘肅各機制砂生產廠家的施工工藝及機制砂進行調研，研究機制砂的物理參數對膠砂的影響。

本文調研了甘肅省19家機制砂生產廠家的生產工藝及機制砂性能指標，并成型機制砂水泥膠砂試件進行抗壓抗折試驗。運用相關性分析即相關指數表征機制砂各參數對水泥膠砂強度的影響程度，并運用灰色關聯法研究各特征參數對機制砂膠砂強度影響的關聯性，探討影響機制砂水泥膠砂的關鍵因素。

1 機制砂及機制砂水泥膠砂的評價

1.1 機制砂

從調研的19家機制砂生產廠家了解到，干法生產和濕法生產普遍存在，14家為干法生產，其余5家為濕法生產。從宕口的開采巖性看，主要以巖漿巖和沉積巖為主，宕口在開采過程中土層普遍較多，使得MB值（機制砂石粉含量）顯著增大。

通過試驗測得各廠家機制砂的參數見表1。

表1 機制砂各參數匯總表

由于原石取樣的代表性較差，使得原石單軸抗壓強度偏差較大。調研的19家機制砂生產廠家中，石料廠G和石料廠R的堅固性不滿足要求。壓碎值均滿足要求，最大為26.2%，最小為4.6%。

濕法生產的機制砂的亞甲藍值普遍較低、石粉含量低，均符合要求。14家干法生產廠家中有7家機制砂的亞甲藍值不合格，大于1.4，最大值為15.5。

1.2 機制砂水泥膠砂

表2為不同機制砂廠家的水泥膠砂抗折強度（3d、7d、28d）、抗壓強度（3d、7d、28d）值，強度測定均在標準配比下進行，水泥為450g（P.O52.5），水為225g，砂為1350g。

表2 機制砂水泥膠砂抗壓及抗折強度值

由表2可知，機制砂水泥膠砂整體抗折強度數值變化較大，最大值為10.93MPa，最小值為3.5MPa，均值為8.85MPa。大部分廠家機制砂28d抗折強度分布在8～11MPa，少部分分布在7～8MPa，可見抗折強度大部分滿足水泥及混凝土使用要求。有兩家抗折強度較小，分別為6.4MPa和3.5MPa。

從干濕法生產工藝來看，干法工藝生產的機制砂水泥膠砂28d抗折強度均值為8.55MPa，小于濕法工藝生產的9.80MPa。大部分廠家機制砂的28d抗折強度高于標準砂和天然砂。

機制砂水泥膠砂整體抗壓強度數值變化較大，最大值為71.6MPa，最小值為18.9MPa，均值為57.8MPa。大部分廠家機制砂28d抗壓強度分布在55～65MPa，少部分分布在45～55MPa，可見抗壓強度大部分滿足水泥及混凝土使用要求。還有兩家抗抗壓度較小，其值分別為43.5MPa和18.9MPa。

從干濕法生產工藝來看，干法工藝生產的機制砂水泥膠砂28d抗壓強度均值為57.0MPa，小于濕法工藝生產的60.8MPa。有5家機制砂的28d抗壓強度比天然砂和標準砂高，有6家基本相當，其余均小于天然砂和標準砂。

2 機制砂水泥膠砂抗折強度

2.1 抗折強度與機制砂各參數的特征分析

通過分析機制砂水泥膠砂28d抗折強度與機制砂各性能指標的相關性，得到其內在關系，見表3。

表3 機制砂各參數與28d抗折強度的相關性

由表3可知，機制砂水泥膠砂28d抗折強度與各特征參數的相關性由大到小分別為：粉料質量指數、亞甲藍值、空隙率、石粉含量、堅固性、原石單軸抗壓強度、表觀密度、壓碎值、細度模數。28d抗折強度的大小與粉料質量指數、亞甲藍值、空隙率和石粉含量有密切關系，影響指數較高。

粉料質量指數PQI為石粉含量與亞甲藍的乘積，石粉含量表征機制砂中粉料的含量，亞甲藍值表征細粉中可利用石粉的含量，兩者乘積可充分表征石粉含量和亞甲藍值對于機制砂性能的影響，屬于綜合評價的指標，在較低MB值的機制砂中，可相應增加石粉含量，在較高MB值的機制砂中，需減少石粉含量，該指標能反應出機制砂粉料在水泥及水泥混凝土中的作用，相應的，其與28d抗折強度的相關性最高，為0.84。亞甲藍值次之，相關性為0.82，意味著當石粉含量相當時，亞甲藍值的大小直接影響機制砂水泥膠砂抗折強度大小，也就是說機制砂中細土含量對抗折強度的影響非常大，在生產過程中必須嚴格控制?？障堵实南嚓P性為0.41，對抗折強度的影響指數也較高，原因是空隙率綜合反映了機制砂的粒型、棱角性和級配在松散堆積下的狀況，間接反映出級配和粒型對機制砂抗折強度的影響，級配優良、粒型合理的機制砂的抗折強度較高。

2.2 運用灰色關聯法分析

運用灰色關聯法對影響抗折強度的參數進行分析，計算其對抗折強度影響的關聯系數，得到關聯度，如表4所示。

由表4可知，機制砂水泥膠砂抗折強度與各特征參數的關聯度較大的有粉料質量指數PQI（0.345）、亞甲藍值（0.326）和石粉含量（0.281）。這與相關性的分析結果完全一致?？梢?，影響抗折強度的主要參數特征是石粉含量、亞甲藍值和粉料質量指數。

表4 機制砂各參數關聯系數及關聯度匯總

3 機制砂水泥膠砂抗壓強度

3.1 抗壓強度與機制砂各參數的特征分析

通過分析機制砂水泥膠砂28d抗壓強度與機制砂各項性能指標的相關性，得到其內在關系，見表5。

表5 機制砂各參數與28d抗壓強度的相關性

由表5可知，機制砂水泥膠砂28d抗壓強度與各特征參數的相關性由大到小分別為：粉料質量指數、亞甲藍值、空隙率、石粉含量、堅固性、原石單軸抗壓強度、表觀密度、壓碎值、細度模數。28d抗壓強度的大小與粉料質量指數PQI、亞甲藍值、空隙率和石粉含量有密切關系，影響指數較高。

3.2 運用灰色關聯法分析

運用灰色關聯法對影響抗壓強度的參數進行分析，計算各參數對抗壓強度影響的關聯系數，從而得到關聯度，如表6所示。

表6 機制砂各參數關聯系數及關聯度匯總

由表6可知，機制砂水泥膠砂抗壓強度與各特征參數的關聯度較大的有粉料質量指數PQI（0.339）、亞甲藍值（0.323）和石粉含量（0.277）。這與相關性的分析結果完全一致?？梢?，影響抗壓強度的主要參數特征是石粉含量、亞甲藍值和粉料質量指數。

4 結論

1）不同廠家的機制砂水泥膠砂流動度、抗折強度、抗壓強度數值變化較大，上下浮動大。

2）從生產工藝看，干法工藝生產的機制砂水泥膠砂流動度、抗折強度、抗壓強度均值均小于濕法工藝。

3）大部分廠家機制砂28d抗折強度分布在8～11MPa，少部分分布在7～8MPa，還有兩家抗折強度較小，其值分別為6.4MPa和3.5MPa。大部分廠家機制砂的28d抗折強度高于標準砂和天然砂。

4）大部分廠家機制砂28d抗壓強度分布在55～65MPa，少部分分布在45～55MPa，還有兩家抗抗壓度較小，其值分別為43.5MPa和18.9MPa。有11家機制砂的28d抗壓強度比天然砂和標準砂略高或相當，其余均小于天然砂和標準砂。

5）各參數的相關性與關聯度分析結果表明，機制砂流動度、抗折強度和抗壓強度的關鍵參數項目均為粉料質量指數PQI、亞甲藍值和石粉含量。