從20世紀60年代起，我過就在一些水（shuǐ）利·水（shuǐ）電工程及土木建築工程中（zhōng）開展人工（gōng）砂的研究與應用，經過（guò）40多年的發展已經積累了豐富的經驗並形成了係統的理論。受自然環境的影響，我國缺少（shǎo）優（yōu）質天然砂，而富有石灰岩的貴州（zhōu）。四川等省份較早開展人工砂的研究工作。自上（shàng）世紀（jì）九十年代以來，由於各種（zhǒng）工程建設的急劇增（zēng）多和天然砂的資源缺乏，北京（jīng），上海，河南（nán）等省市也相繼開展人工砂（shā）的研究。人工（gōng）砂的應用可以更好的保護環境，節約成本，實現可持續發展，應用人工砂代替天然（rán）砂已勢在必行！
成功（gōng）應用人工砂的水利，水（shuǐ）電（diàn）工（gōng）程很多。如三峽大壩二期，三期工程中全部采（cǎi）用花崗岩人工砂作（zuò）細骨料：龍灘水電站的混凝土方量為575.6萬m3，采用石灰岩人工（gōng）砂作細骨料：烏江構（gòu）皮灘電站采用灰岩生產人工砂：湖北宣恩洞坪水（shuǐ）利樞紐工程采用灰岩生（shēng）產人工砂及人工碎石：湖北天堂抽水蓄能電站（zhàn），皂市水利樞紐（niǔ）工程采用灰岩生產人（rén）工砂（shā），施工時則采用天然砂與人工砂混合的辦（bàn）法。
很多橋梁工程（chéng）也廣泛應用人工砂。如（rú）株洲：六盤（pán）水鐵路複（fù）線南山河特大橋使用（yòng）人工砂做細骨料配製C55超緩（huǎn）混凝土，重慶嘉陵江黃花（huā）園大橋主橋箱結構也使用的人工砂和（hé）特細（xì）砂混摻的（de）C50混凝土（tǔ），均取得較（jiào）好的應用效果。
在商品混凝土應用方麵，北京世紀財富（fù）中心C60混凝土全為人工砂（shā）混凝土。此外，北京恒坤混凝土郵箱公司和北京恒（héng）坤拓峰（fēng）采石有限公司采用（yòng）幹法生產石灰石人工砂，在1年多的（de）時間（jiān）裏累計生產商品混凝土40多萬（wàn） m3，多數使用（yòng）純人工（gōng）砂，石粉含量應用範圍達8％~15％，應用於各種工程，取得了很好的效果。2005年北京地區人工砂的產量已占據混凝土建築用砂的10％左右。隨著人們對人工砂認識的逐漸深入，以及人工砂質量的進（jìn）一步提高（gāo），人工砂（shā）混凝土所占有的份額必然會逐步（bù）增加。
在國外，美國，英國，日本等（děng）國（guó）家使用人工砂已有幾十年的曆史。美國地質勘探局根據資源利用（yòng）率和環保的需要，在1996年對人工砂及其母岩進行過調查，結果顯示人工砂大致占細骨料的20％。日本在上世紀80年代，天然集料與人工集料的使用比例大約為0.9:1，而到90年代則（zé）降為0.5:1。
不同國家製定的（de）人工砂技術標準不論是（shì）級配，細度（dù）模數還是（shì）石粉含量存在差異。愛石（shí）粉的含量方麵上，我國與國外在（zài）規定含量時考慮角度明顯不同。美國標準ASTM C33-1999《混凝土集料標準規範》是根（gēn）據混凝土耐磨要求進行規定的（de）;英國標準BS882:1992《用於混凝土的石料》則根據重載混凝土路麵和普通混凝土規定人工砂石粉含量（liàng）的要求；日本標準JIS A 5005:1993《混凝土碎（suì）石人工砂》對用於混凝土人（rén）工砂石粉含量的要求是統一的；我（wǒ）國國家標準（zhǔn）GB/T14684-2001<建築用砂》則按混（hún）凝土強度等級規定人工砂中石粉含量。在我國的地方標準中，貴（guì）州省（shěng）DBJ22-016-95《山砂混凝土技術規範》和重慶市DB50/5017-2000《混凝土（tǔ）用人工（gōng）砂質量（liàng）標準及（jí）控製方法》等（děng）也均采用按照強度等級的方法來規定石粉的（de）含量（liàng）。不同（tóng）國家的標（biāo）準中隊混（hún）凝土人工砂石粉（fěn）的含量的限製是不同的。我過不同地方標準中隊混凝土人工（gōng）砂十分含量的較高限值也有所不同。
中，日，美對石粉含量限製比較嚴格。由於正常（cháng）人工砂生產線過程中會產生10％左右的石粉，嚴格的石粉含量增加了人工砂的生產（chǎn）成本，同時限製了人（rén）工砂的使用。我國哦（ò）不同的省市也存（cún）在不同的標準（zhǔn）要求。相關的研究表明，人（rén）工砂的石粉（fěn）含量可以比現行國標放寬一些，較近，我國擬修訂的建工行業標準JGJ52《普（pǔ）通混凝（níng）土用砂石質量標準及檢驗方法》征求意（yì）見稿中，提出將人工砂中（zhōng）的石粉含量放寬為5％（大於等於（yú）C60混凝土），和7％（介於C30~C60混凝（níng）土之間）和10％（小於C30混凝土），這對人工砂的推廣應用將有積極的促進作（zuò）用。
與天然砂相比，人工砂自身有（yǒu）明顯（xiǎn）的特點。它的顆粒與形狀多呈三（sān）角形或方矩體，表麵粗糙，棱角尖銳，一般球形度（dù）比天然砂小，目前，人工砂多為級配可（kě）以調整，含（hán）有一定量（liàng）的石粉的中粗砂。由於全國各地生（shēng）產人工砂的母岩，生產工藝和設備不同，生產出的人工砂質量相差很大。人工砂的質量主要受粒形、細度模數、級配、石（shí）粉含量等影響。現行標準中，隻要根據（jù）3個因素進行規定，從而確定人工砂的質量穩定。
英國標準BS882:1992《用於混凝土的史（shǐ）料》中（zhōng）對（duì）石料形（xíng）狀分為（wéi）6個類別：圓形、不規則行、角錐形、長條形和扁長形。人工砂的粒形主要為（wéi）角錐形和不規則行，關隨著母（mǔ）岩種類。人工砂（shā）設備不同而變化。顆粒的形狀對緊密堆（duī）積存在重要影響，實際應用中更（gèng）加（jiā）期（qī）望獲得圓形的顆粒，它不僅有利於緊密堆積，更有利（lì）於增（zēng）加混凝土的工作性。一般（bān）來說，製砂設備導致的顆（kē）粒形狀中：棒模式、錘式破碎機和衝擊式破碎機等優於反擊式破碎（suì）機、圓錐式（shì）破碎機和（hé）旋盤是、顎式破碎機、輥式破碎機和旋回式較差，但前者製造成本較高。北京恒坤拓峰采石有限公司采用反擊（jī）式（shì）破碎機（jī）和立軸式破碎機（jī）生產的顆粒形狀方正（zhèng）效率高（gāo），細度模式可控製偉2.4~3.0，石粉含量（liàng）為2%~18%，同事，幹法生產解決了除塵問題。
人工砂（shā）的（de）粒形對（duì）混凝土的影響主要體現在下麵幾個（gè）方麵：（1）粒形的規則與否影響到集料自身的緊密堆積成都（dōu）和空隙率大小，從而影響填（tián）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麵積，它需要的包裹漿體體積同樣增加。（3）人工砂行政影響（xiǎng）新拌混凝土工（gōng）作性能及它與水泥（ní）漿體（tǐ）界麵（miàn）的機械齧合力等。
對於定製生產的（de）人工砂，其細度模數是可（kě）以控製的。在（zài）生產工藝中，通過調節不同篩（shāi）分的比例達到（dào）預定的細度模數。對於加碎石篩除的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒級（jí）配並沒有嚴格按照相關標準來配製，所以細度模數相差很大，使用時要認真選擇控製。對於細度模數不合適的人工砂，可以與天然中砂或細砂等通過實（shí）驗確（què）定混合比例（lì）後（hòu）使用。
前麵（miàn）所提及的水利、水電工程中（zhōng），人工砂的（de）細度模數大多控製在3.0以下。如（rú）三峽大壩中花崗岩人工砂的細度模（mó）數（shù）為（wéi）2.7；龍灘水電站中人工砂的細度（dù）模數（shù）為2.9；吳江構皮灘電站人工砂的細度模數為2.5；天堂抽水蓄能電站人工砂的細度模數為2.5。在商品混凝土（tǔ）中使（shǐ）用的（de）人工砂一般為中（zhōng）粗砂。北（běi）京市建築市場目前存在兩種人工（gōng）砂：一是完全替代天（tiān）然砂的人工砂，這種人工砂細度模數較小，一般在3.0以下。二是與（yǔ）天然砂混合使用的人工砂，它的細度模數偏高，一般在3.0以上，個別達到4.4以上（shàng）。過大的細（xì）度模數表明集料中的粗顆粒比例偏大，而（ér）0.315mm以下的比例較小。這種人工（gōng）砂自身很難（nán）達到較緊密（mì）堆積狀態，從而增（zēng）加了（le）混凝土中膠凝材料的總量，並影響到回南寧台的各種性能（néng）。對於過粗的人工砂，一般是采用天然粉砂（shā）來補充（chōng）小於0.315mm部分，從而控製混合砂的細（xì）度模數（shù）在（zài）中砂範圍之內。如果想是想人工砂完全替代天然砂的目的，就必須通過選擇人工砂（shā）設備和控製生產工藝來生產（chǎn）細度模數小於3.0，級配優良（liáng）的優質人工砂。
對於相同粒形的集料來說（shuō），總存在著（zhe）優良（liáng）的級配。優良的級配意味著集料自身能夠通過大小顆（kē）粒的較佳比例來接近較緊密的（de）堆（duī）積狀態，此時空隙率較小。人工砂的級配範圍從幾個μm到4.75mm，其中石粉（fěn）的平均粒（lì）徑一般（bān）為30μm~40μm，並（bìng）起到微（wēi）填充的作用。當人工砂顆粒從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼此相互填充（chōng）時，較後的空隙需要一定量的十分（fèn）來填充。從級配及（jí）堆積的角度來考慮，適量的石粉含量是有益的。由於當前國家標準中十分含量的限製很低，很多人工砂生產企業（yè）采用水洗或者風選（xuǎn）方式來除去超（chāo）標的石粉（fěn），但與此同時破壞了（le）人工砂（shā）的級配。當石粉行兩小於3%，細度模數較大，此（cǐ）時人工砂的級配一般都比較差，表（biǎo）現為空隙率（lǜ）比較（jiào）大。我們在調研過程中發現：有的人工砂砂（shā）石粉含（hán）量2.5%、細度（dù）模數4.3，其鬆散堆積空隙率為（wéi）52.6%；石粉含量（liàng）14.8%、細（xì）度模數2.7的人工砂的鬆散堆積空隙率為34.3%。
人工砂（shā）的級配直接影響到混凝土中膠凝材料用量。級配優良（liáng）的集料自身緊（jǐn）密堆積後，僅僅需要少（shǎo）量的膠（jiāo）凝材料填充集料的空隙並黏結顆粒。當集料級配較差（chà）時，此時具有較大的空隙（xì）率，則需要更多的膠凝材料（liào）來填充空隙，但成本增加。當然隨著緊密堆積程度加大，骨料顆粒隻講摩擦力也隨之增（zēng）長，對混凝土工作性能產生影響。存在較近的顆粒級配，同（tóng）時滿足膠凝材料用量與工作性能的（de）協調。當人工砂中的石粉含量（liàng）少而且級配較差時，混凝土拌合物更加容易產生離析、泌水現象，這種現象在低強度（dù）貧漿混凝土中表（biǎo）現更為（wéi）明顯。當石粉的級配較好（hǎo）時，隨著混凝土（tǔ）中十分摻量的增加，混凝（níng）土黏度逐（zhú）漸（jiàn）變（biàn）大（dà）。對於產生泌水現象的混凝土，可以（yǐ）通過加入石粉的方法來改善混（hún）凝土的工（gōng）作性能。
石粉是指人（rén）工砂中粒徑小於（yú）75μm的顆粒含（hán）量。含泥量是指天然砂中粒徑小於75μm的顆粒含量。在人工砂生產過（guò）程中不可避免的灰帶入泥。國家標準GB/T14684-2001規定通過（guò）亞甲藍實驗來判斷粉體材料（liào）是石粉還是泥以及它們的相（xiàng）對比例。國標規定亞甲藍實驗的MB值應小於1.4，很多人工砂生產逛街控製MB值在0.5以下，以減小人工砂含泥（ní）帶鬼（guǐ）混（hún）凝土的負麵影響。
石粉（fěn）的（de）較佳摻量還（hái）與混凝土等級有關。在低強（qiáng）度等級貧漿混凝土中石粉作用更加明顯，此時石粉主（zhǔ）要作（zuò）為一種有益（yì）的惰性材料（liào），起到類似於礦物摻和（hé）料（liào）的（de）填充作用，石粉的化（huà）學相對要比礦物摻和料的（de）填充作用（yòng），石粉的化學相對要比礦物摻和料小的多。在高強混凝（níng）土（tǔ）華總（zǒng）膠凝材料總量本身已經很多（duō），加入過量石粉會增加相應的黏度，congenial影響到混凝（níng）土的各種性能。
石粉在混凝土中（zhōng）的作用主（zhǔ）要表現為填充效應、品核效應和活性效應（yīng）。因此，石粉不僅影響到混凝土的（de）工作性能、力學性（xìng）能，還影響到（dào）後期的耐（nài）久性能。石（shí）粉對混（hún）凝土耐久性能的影響主要體現在下麵幾個方麵：（1）混（hún）凝土的收縮：石粉含量會增大混凝土（tǔ）幹縮，隨著含量的增大，趨勢（shì）更加（jiā）明顯（xiǎn）。因此，對人工（gōng）砂混（hún）凝土需要加強早期養護。但磨細粉煤灰的加入，有（yǒu）效降低了這種幹縮在高強人工砂混凝土中的發展；（2）混凝土的抗（kàng）摻性及（jí）抗凍性：在一定範圍（wéi）內（nèi），隨著石粉含量的增加，混凝土密實度（dù）提高，混凝土的抗壓強度、抗折強度相應的增加。有研究人員利用石粉含量11.1%的人工砂配製28d強度為283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果表明人工砂混凝土的抗滲性和天然砂相同，具有較低的氮離子擴散係數，抗氮離子滲透性高於天然砂，具有優異（yì）的抗凍性能。對（duì）硬化人工砂（shā）混（hún）凝（níng）土進行SEM分析，發現人工砂與水（shuǐ）泥水化凝膠結合（hé）緊密，界（jiè）麵處（chù）無裂縫，幾乎分不出兩者界限（xiàn）。正是這種界麵的強化使得人工砂混凝土（tǔ）耐久性得以提（tí）高。
隨著各種高效（xiào）減水劑的廣泛應用，混凝土進一步向高（gāo）強、高性（xìng）能等方向發展。由於（yú）人工砂在混凝土用砂中的市場份額越來（lái）越大（dà），進行人工砂高強（qiáng）混凝土的研究與應用具有重要的實際意義。
機製混凝土配合比設計應采用JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規（guī）程》的規定。砂率的選擇主要根據人（rén）工砂自身的細度模數、石粉含量、混凝土（tǔ）強度等級及其他材料的情況（kuàng）經實驗確定。石（shí）料含（hán）量高的人工砂可以采用較低（dī）的砂率（lǜ），細度模數大的人（rén）工砂宜選擇較（jiào）高的砂率（lǜ）。由於人工砂的表麵粗糙、多棱（léng）角，機械齧合力比較強，顆粒之間的摩擦力相對大，人工砂混凝土單位用水量比天然砂混凝土要適當增加（jiā）。
從全級配的角度來（lái）考（kǎo）慮，配製人工砂（shā）高強混凝土的關鍵之一是要有優（yōu）良的（de）集料。對於人（rén）工砂來說，就是要有合適的細度模數、石粉含量、良好的級配（pèi）以及較好的粒形。由於高強混凝土是富漿混凝土，所以石粉的（de）含量不宜太多，同時要通過調整人工砂的（de）細度模數與級配來保證混凝土具有優良的工作性能、力學性能和（hé）耐久性能。
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