几个相关问题的讨论—有效水胶比

为什么一般情况下，用人工砂比天然砂 混凝土水灰比放大0.05 后，配制的混
凝土强度不但不降，反有提高？
几个相关问题的讨论—有效水胶比

正在编写中的《结构混凝土性能技术
规范 》关于水胶比如此定义：
水胶比 (water to binder ratio，w/b)
混凝土中骨料饱和面干含水量以外的用 水量与胶凝材料总量的质量比。
占胶凝材料比例宜为粉煤灰掺量不低于30%；
机制砂宜采用据以饱和面干骨料的混凝土 配合比设计方法。尤其是吸水率高的机制 砂。

机制砂混凝土配合比选择的原则

在可以满足施工要求的前提下，尽可能控
制坍落度，较小的坍落度，例如120-160mm，
混凝土匀质性好，浆骨比低，体积稳定性
好。

粗骨料采用两级配或三级配分别计量投料，
饱和面干试模和试验
砂子含水的三种状态
人工砂
天然砂
几个相关问题的讨论—有效水胶比

张裕民等人做过机制砂与天然砂的电镜分析， 观察发现石灰石质人工砂与水泥水化凝胶间 结合紧密，界面处无裂缝 。而天然砂与水 泥水化界面多有裂缝，16 张照片中，有14 张界面有裂缝。有的宽度达1～2μm。
几个相关问题的讨论—机制砂的复杂性
河砂的技术特点
我们长期使用的河砂技术优势是明显的，具 有光滑的表面，粒形良好，吸水性相对较小。 尤其对于泵送混凝土的施工性能与硬化性能 有利。 如果细度、级配符合要求，则混凝土胶凝材 料用量与单方用水量容易控制。 但如果级配不合理，且过细、含泥量多则影 响混凝土强度与体积稳定性。

机制砂的优势

械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm的
颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称 人工砂。
机制砂的相关术语
石粉含量

fine content
机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量。
亚甲蓝(MB)值 methylene blue value

用于判定机制砂中粒径小于75μm颗粒的吸 附性能的指标。
机制砂正在成为建筑用砂的主要品种
几个相关问题的讨论—石 粉
MB值
流动度(mm) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
197
220 55.5 60.5 0.107 2.86 70.3
185
160 54.5 50.2 0.113 3.21 65.3
175
125 52 48.7 0.127 4.35 55.7
172
— 50 — 0.140 5.62 48.6


生产机制砂应该注意的问题
（2）级配不合理，颗粒级配多为两头大中间小,人工 砂的级配区最好为2 区，各级筛余一定要符合标准 要求。 （3）洗走石粉的问题。目前，一些混凝土用户不了解 石粉与粘土的区别一味要求洗去石粉的做法是错误 的。 泥粉对混凝土是有害的，必须严格控制其含量，机 制砂生产和使用中同样要注意除土，除去山皮土和 夹层土。但除土不能放在最后洗掉小于75μm 的颗 粒的工序上。这样会把石粉以及细颗粒冲掉，使机 制砂混凝土和易性不好。
保证级配后的松堆空隙率不大于42%。
充分利用细河砂与尾矿细砂

在生产使用机制砂的过程中，应该尽可能
利用储量巨大的细河砂与尾矿细砂。这些
地区的天然砂、尾矿砂都存在偏细(细度模
数小于1.4)的现象。将人工粗砂和天然或
人工细砂按一定比例混合成混合砂应用的 工程实例越来越多，出现了用机制粗砂和 细砂组成的混合砂。这一方法值得关注。
1.2
3.59
5.78
—
几个相关问题的讨论—石 粉




当人工砂MB值≤0.5时，石粉中吸附性的粘土类物质很少， 可以起到减水作用，用在混凝土中效果最好，可以用在 C60及以上混凝土中。 0.5≤ MB ≤1.0时，人工砂中会含有少量的粘土类物质，对 混凝土性能影响不明显，还能改善混凝土的和易性，可用 在C30～C55混凝土中。 1.0 ≤MB ≤1.4时，石粉中含有较多的粘土类物质，对混凝 土用水量有一定的影响，但并不影响混凝土的质量，可以 正常使用，用于C25及以下的混凝土中，还能避免低强度 等级混凝土中胶凝材料用量较少和易性差的问题，使强度 和耐久性达到保证。 MB>1.4时，石粉在粘土类物质含量很多，用于混凝土中 对其工作性带来很大的不利影响，影响强度和耐久性。
名称
钙质河卵石粉
石英 钾长石 斜长石 4.0 2.3 —
方解石 58.6
白云石 35.1
粘土矿物 —
硅质石粉
钙质山砂石粉
60.9
3.2
—
0.3
—
0.4
—
81
—
15.1
39.1
—
几个相关问题的讨论—石 粉




人工砂中石粉含量和MB源自之间并没有相关性，即 决定人工砂MB值大小的不是其中石粉含量，主要 和石粉的矿物成分有关。 硅质石粉比河卵石和钙质石粉对人工砂MB值的影 响更大。 人工砂MB值受细粉中SiO2和Al2O3含量的影响， 即人工砂MB值与高岭土类矿物含量有关系。 石粉的细度对其MB值没有影响。 不同地区人工砂MB值不能完全反映出细粉的含量 和矿物成分，要想限制人工砂中粘土类物质的含 量需要用石粉含量和MB值两个指标共同控制。

对于中低强度等级混凝土，硅质石粉可以
控制在7%以下；钙质石粉可以取10-15%，
以控制水泥、粉煤灰、矿渣粉用量。

对于高等级混凝土, 硅质石粉含量宜严格
控制, 如果是钙质石粉含量可以控制在710%，对降低拌合物粘性具有显著效果。
机制砂混凝土配合比选择的原则

石粉含量和泥块含量（MB值＞1.4或快 速法试验不合格）
名称
钙质河卵石粉
石英 钾长石 斜长石 4.0 2.3 —
方解石 58.6
白云石 35.1
粘土矿物 —
硅质石粉
钙质山砂石粉
60.9
3.2
—
0.3
—
0.4
—
81
—
15.1
39.1
—
几个相关问题的讨论—石 粉
•不同种类石粉含量与MB值的关系
石粉含量（%）
0
5
10
15
20
25
30
1 钙质河卵石粉 0.25 0.5 0.6 0.75 0.75 1 0.25 1 1.25 1.5 1.75 1.75 2 硅质石粉 钙质山砂石粉 0.25 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.75 矿物种类及含量（%）

机制砂混凝土性能特征

人工砂与河砂相比, 由于有一定数量的
石粉, 使得人工砂混凝土的和易性得到
改善, 可在一定程度上改善混凝土保水
性、泌水性、粘聚性, 使得混凝土易于
成型振捣。这些作用在中低等级混凝土
中特别明显。
机制砂混凝土性能特征

在混凝土中适量的石粉可以起到填充
作用，有利于机制砂混凝土强度提高， 但不同强度等级机制砂混凝土对应最

我国基础设施建设规模不断增大，2010年水泥 生产量接近18.7亿吨，钢筋混凝土结构是最主 要的结构形式，仅混凝土用砂就数量巨大。

以北京为例2005年后，细度2.6-2.8的河砂供应 已经越来越小。河砂偏细且含泥量多，经常超 过5%，对混凝土体积稳定性造成危害。在此背 景下机制砂或混合砂逐渐成为建筑用砂的主要 品种之一。
生产机制砂应该注意的问题
（4）严格选择母岩，禁止用风化严重的泥质 砂岩或其他山岩加工机制砂。

这种砂表面看上去粒形好, 级配合格, 细度 模数也在中粗砂范围。但实际上, 其抗压强 度很低, 吸水率高, 不仅配制混凝土不行, 强度，耐久性差，制成混凝土、砂浆也不耐 磨。 控制办法就是检测其坚固性与压碎指标, 不 合格的不能使用。
165
90 46.8 46.2 0.147 — —
坍落度(mm)
砂浆28d强度(MPa) 混凝土28d强度(MPa) 砂浆的28d干缩值(mm) C60混凝土125次冻融循环后 质量损失（%） C60混凝土125次冻融循环后 相对动弹性模量(%) C60混凝土氯离子扩散系数 (10-12m2/s)
1.08

迄今为止，机制砂众多研究和应用几乎
都忽略了一个问题，因而结论各异，那 就是机制砂品种众多，性质相差很大。
几个相关问题的讨论—机制砂的复杂性

不同岩石种类机制砂性质相差很大，例 如玄武岩吸水率就大于石灰岩。

即便同一岩石种类的机制砂，由于加工
工艺不同，级配、粒形相差很大，可能 表现出完全不同的混凝土性能。
机制砂及石粉的正确使用
报告要点

机制砂的相关术语 机制砂的特点与应该注意的问题 机制砂混凝土性能特征 相关问题的讨论 机制砂混凝土配合比选择的原则 充分利用河砂和尾矿细砂 重钛矿渣作为混凝土骨料
机制砂的相关术语
机制砂 manufactured sand 岩石、尾矿或工业废渣经除土处理，由机
开裂有利。与保水性提高，抗渗性提高有关。
机制砂混凝土性能特征

机制砂MB值的增大导致新拌混凝上早期
易于产生塑性开裂、硬化混凝土收缩加
剧以及开裂敏感性增强。尤其是当机制
砂MB值大于1.45时，对混凝土体积变形
性能影响更加显著，对混凝土体积稳定
性劣化更加明显。
机制砂混凝土性能特征

适量石粉可以改善混凝土的抗冻性，但 当石粉对水泥的比例过高时，将使机制
砂混凝土的抗冻性劣化。

适当石粉可以提高混凝土抗磨性。
机制砂混凝土性能特征

常温下，适量机制砂中石粉可以改善机 制砂砂浆的抗硫酸盐侵蚀性。这主要是