隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，建筑工業(yè)工程建設日益增多，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，進而影響了區(qū)域工程建設的進度和發(fā)展。另一方面，由于天然砂資源短缺，其價格不斷上漲，部分商戶爭搶開采并出現(xiàn)過度開采情況，破壞了整個生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，對周邊環(huán)境造成了極大的破壞。

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

 　　1 機制砂混凝土配合比設計要素探討

　　1.1 機制砂混凝土配合比設計概述

　　機制砂因加工生產(chǎn)特點，其表面粗糙、棱角豐富、顆粒形狀差、磨阻力大，制備的混凝土流動阻力大，新拌混凝土易離析。但是，機制砂的這些性能特點增加了集料與水泥漿之間的粘結力，制備的混凝土具有較好力學性能，被廣泛應用在很多復雜的建筑工程中。綜合考慮機制砂各項性能，機制砂混凝土一般將機制砂與天然河砂混合使用。在配合比設計時，首先，從機制砂的特性出發(fā)，應當適當提高砂率，使得混凝土達到良好的保水性。其次，機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行配合比設計。綜上所述，機制砂混凝土應從原材料、強度等級設計、工作性能等方面入手，開展混凝土配制與配合比設計。

　　1.2 原材料的選擇

　　機制砂混凝土使用的原材料除了應滿足普通混凝土原材料的要求外, 應注意以下幾點:

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

　　(3)石子宜使用連續(xù)級配的骨料,最大粒徑不宜大于31.5mm。

　　1.3 強度等級要求

　　機制砂混凝土因其生產(chǎn)特性的限制, 在混凝土生產(chǎn)、施工過程中容易出現(xiàn)離析泌水等現(xiàn)象, 其力學性能則會受到不同程度的損失。所以，在混凝土配合比設計中，因根據(jù)機制砂特性設計強度值富裕合適的配合比，以滿足機制砂混凝土的強度等級要求。

　　1.4 工作性能要求

　　機制砂混凝土的工作性即和易性，是保證混凝土強度合格、施工泵送的必要條件。機制砂混凝土應是粘稠、保水、不離析、流動性強的混凝土。所以，和易性是其配合比設計的一個十分重要條件。

 　　2 機制砂混凝土配合比設計

　　2.1 試驗原材料

　　水泥：冀東牌P·O42.5普通硅酸鹽水泥，各項性能指標檢測合格；細骨料：西安渭河中砂，細度模數(shù)2.4，西安藍田某廠機制砂，細度模數(shù)為3.2；粗骨料：5-31.5mm連續(xù)級配卵石；礦物摻合料：陜西渭南電廠II級粉煤灰，陜西韓城電廠德龍牌S95級礦渣粉；外加劑：西卡聚羧酸緩凝減水劑；拌合水：自來水。機制砂與普通河砂性能檢測結果如表1所示。

　　表1 機制砂與普通河砂性能檢測結果

　　2.2 配合比設計

　　試驗設計混凝土的強度等級為C30，考慮到機制砂不同取代比例對混凝土工作性能、強度等的影響，選取6個不同取代比例，驗證最佳機制砂取代天然砂的比例。依據(jù)《普通混凝土配合比設計規(guī)程》（JGJ55-2011），結合西安地區(qū)本地原材料性能特征，配合比設計如表2所示。

　　表2 試驗配合比（kg/m3）

3 性能測試與分析

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

表3 混凝土性能檢測結果

　　從表3列述的測試結果可以看出，制備的機制砂混凝土性能能滿足設計要求。制備的機制砂混凝土強度均能遠滿足C30的力學性能要求，但隨著機制砂摻量的增加，新拌混凝土及1h經(jīng)時混凝土的坍落度與擴展度等工作性能逐漸變差，綜合工作性能與最大比例的應用機制砂等方面考慮，天然砂與機制砂的最佳摻和比例應為2:3。

 　　4 C30及以上機制砂混凝土的配制

　　4.1 C30及以上機制砂混凝土的配合比

　　根據(jù)以上試驗研究結論，以機制砂替代60%的天然砂制備了C30-C50強度等級的機制砂混凝土，其試驗配合比如表4所示。

 　　表4 C30-C50混凝土用試驗配合比（kg/m3）

　　4.2 性能檢測與分析

　　制備了C30-C50強度等級的機制砂混凝土其性能檢測結果如表5所示。從表5可以看出，制備的機制砂混凝土其新拌混凝土及經(jīng)時工作狀態(tài)良好，28d強度值滿足設計要求，且有一定富裕值。

　　表5 混凝土性能檢測結果

　　5 結論

　　5.1 試驗用機制砂表面粗糙，棱角豐富，細度模數(shù)大，進行配合比設計時，應綜合考慮原材料、強度等級設計、工作性能等因素。在試驗的基礎上，文章給出了西北地區(qū)機制砂在一般設計時應注意的事項以及應選取的參考值。

　　5.2 通過配合比設計確定了機制砂與普通河砂的最佳摻加比例為2:3，給出了利用機制砂制備C30-C50混凝土的試驗配合比，豐富了西北地區(qū)機制砂混凝土配合比設計數(shù)據(jù)庫，為進一步的科研工作及工程施工提供了良好的思路，具有重要的參考價值。