與天然砂相比,機制砂具有明顯的白身特點。它的顆粒形狀多呈三角形或方矩體,表面粗糙,棱角尖銳,一般球形度比天然砂小。目前,機制砂多為可以調整級配并含有一定量石粉的中粗砂。由于全國各地生產機制砂的母巖、生產工藝和設備不同,生產出的機制砂質量相差很大。機制砂的質量主要受粒形、細度模數、級配、石粉含量等影響。在現行標準中主要對后面三個因素進行規定,從而確保機制砂的質量穩定。
英國標準B 5882:1992《用于混凝土的石料》中對石料形狀分為六個類別:圓型、不規則型、角錐型、扁平型、長條型及扁長型rgl。機制砂的粒形主要為角錐型和不規則型,并隨著母巖種類、機
制砂設備不同而變化。顆粒的形狀對緊密堆積存在重要影響,實際應用中更加期望獲得圓型的顆粒,它不僅有利于緊密堆積,更有利于混凝土工作性。一般來說,制砂設備導致的顆粒形狀中:棒磨式、錘式和沖擊式等優于反擊式、圓錐式和旋盤式,月nn5式、輥式和旋回式更差,但前者制造成本較高。北京恒坤拓峰采石有限公司采用反擊式和立軸沖擊式生產的機制砂,顆粒形狀方正率高,細度模數可控制為2.4 3.0,石粉含量為2一18%,采用干法生產并解決了除塵問題。
機制砂的粒形對混凝土的影響主要體現在下面兒個方面:(1)粒形的規則與否影響到集料白身的緊密堆積程度和空隙率大小,從而影響填充集料空隙的水泥漿體的體積。(2)不規則的粒形具有更大的比表面積,它需要的包裹漿體體積同樣增加。(3)機制砂形狀影響新拌混凝土工作性能及它與水泥漿體界面的機械嚙合力等。
對于定制生產的機制砂,其細度模數是可以控制的。在生產工藝中,通過調節不同篩分的比例達到預定的細度模數。對于加工碎石時篩除的小于4.75mm的石屑,由于其顆粒級配并沒有嚴格按照相關標準來配制,所以細度模數相差很大,使用時要認真選擇控制。對于細度模數不合適的機制砂,可以與天然中砂或者細砂等通過實驗確定比例后混合使用。
前面所提及的水利、水電工程中,機制砂的細度模數大多控制在3.0以下。如三峽大壩中花崗巖機制砂的細度模數為2.7;龍灘水電站中機制砂的細度模數為2.9;烏江構皮灘電站機制砂的細度模數為2.8;天堂抽水蓄能電站機制砂的細度模數為2.5。在商品混凝土中使用的機制砂一般為中粗砂。北京市建筑市場目前存在兩種機制砂:一是完全替代天然砂的機制砂,這種機制砂細度模數較小,一般在3.0以下。如北京世紀財富中心使用的機制砂的細度模數為3.0;恒坤混凝土公司生產各種商品混凝土采用的機制砂細度模數 2.4-3.0。二是與天然砂混合使用的機制砂,它的細度模數偏高,一般在3.0以上,個別達到4.4以上。過大的細度模數表明集料中的粗顆粒比例偏大,而0.315mm以下的比例較小。這種機制砂白身很難達到更緊密堆積狀態,從而增加了混凝土中膠凝材料總量,并影響到混凝土的各種性能。對于過粗的機制砂,一般是采用天然粉砂來補充小于0.315mm部分,從而控制混合砂的細度模數在中砂范圍之內。如果想實現機制砂完全替代天然砂的目的,就必須通過選擇機制砂設備和控制生產工藝來生產細度模數小于3.0、級酉己優良的很好機制砂。