人工製砂的行業標準

從20世（shì）紀60年代起，我過就在（zài）一些水利·水電工程及（jí）土木建築工程中（zhōng）開展人工砂的（de）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（rán）環境的影響，我國缺少優質天然砂，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。自上世紀九十年代（dài）以來，由（yóu）於各種工程建設（shè）的急劇增多和天然砂的資源（yuán）缺（quē）乏，北京，上海，河南等省市也相繼開展人工砂的研究。人工砂的應用可以更好的（de）保（bǎo）護環境，節（jiē）約成（chéng）本，實現可持續發展，應用人工（gōng）砂代替天然砂已勢在必行（háng）！

一. 人工砂概況（kuàng）

1.人工砂的工程應用

成功應用人工砂的水利，水電工程很多。如三（sān）峽大壩二期，三期工程中全部采用花崗岩人工砂作細骨（gǔ）料：龍灘水電站（zhàn）的混凝土方量為575.6萬m³，采用石灰岩（yán）人工砂作細骨料：烏江構皮灘電站（zhàn）采用灰（huī）岩生產人工砂：湖北宣恩洞坪水利樞紐（niǔ）工程（chéng）采用灰岩生產人工砂及人工碎石：湖北天堂抽水（shuǐ）蓄能電站，皂市水利樞紐工程采用灰岩生產人工砂，施工（gōng）時則采用天然（rán）砂與人工砂混合的辦法。

很多橋梁（liáng）工（gōng）程也廣泛應用人工砂。如株洲：六盤水鐵路複線南山河（hé）特大橋使用人工砂做細骨料配製C55超緩混凝土，重慶嘉陵江黃花園大橋主橋箱結構也使用的人工砂和特細砂（shā）混（hún）摻的C50混凝土，均取得較好的應用效果。

在商品混凝（níng）土應用方麵，北京世紀財（cái）富（fù）中心C60混凝土全為人工砂混凝土。此外，北京恒坤混凝土郵箱公司和北京恒（héng）坤拓峰采石有限公司采用幹法生產石灰（huī）石人工砂，在1年多的時間裏累計生產商品混凝土40多（duō）萬 m³，多數使用純（chún）人工砂，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（guǒ）。2005年（nián）北京地區人工砂的產量已（yǐ）占據（jù）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（rén）工砂質量的進（jìn）一步提高，人工砂混凝土所占有的份額必然會逐步增加（jiā）。

在國外，美（měi）國，英國，日本等國家使用人工砂已有幾十年的曆史。美國地質勘探局根（gēn）據資源利用率和環保（bǎo）的需（xū）要，在（zài）1996年對人工砂（shā）及其母岩進行過調查，結（jié）果（guǒ）顯示人工砂（shā）大致占細骨料的20％。日本在上世紀（jì）80年代，天然集料與人（rén）工集（jí）料的使用比例大約為0.9:1，而到90年代則降為0.5:1。

2.人工砂的技術標準

不同國家製定（dìng）的人工砂技術標準不論（lùn）是級配，細度模數還是（shì）石粉（fěn）含量存在差異。愛石粉的含量方麵上，我國與國外在規定（dìng）含量時考慮角度明顯不（bú）同。美國（guó）標準ASTM C33-1999《混凝土（tǔ）集料標準規範》是根據混凝土耐磨要求（qiú）進行規定的;英國標準BS882:1992《用於混凝土的石料》則根據重載混凝土路麵（miàn）和普通混凝（níng）土（tǔ）規定人工砂石粉含量（liàng）的（de）要求；日本標準（zhǔn）JIS A 5005:1993《混凝土（tǔ）碎石人工砂》對用於（yú）混凝土人工砂石粉含量（liàng）的要求是統一的；我國國家標準GB/T14684-2001<建築用砂》則按混凝土強度（dù）等級規定人工砂中石粉含量。在我國的地方標（biāo）準中（zhōng），貴州省DBJ22-016-95《山砂混（hún）凝（níng）土技術規（guī）範》和重慶市DB50/5017-2000《混凝土用人工砂質量標準及控製方法》等也均采用按照強度（dù）等級的方法來規定（dìng）石粉的含量。不同國家的標準中隊混凝土人工砂石粉的含量的限（xiàn）製是不同的。我過不同地方標準中隊混凝土人工砂十分含量的較高（gāo）限值也有所不同。

中（zhōng），日，美對石（shí）粉含量限（xiàn）製比較嚴（yán）格。由於正常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成本，同時限製了人工砂的使（shǐ）用。我國哦不同的省市也存在不（bú）同的標準要求。相關的研究（jiū）表明，人工砂的石粉含量可以比現行國標（biāo）放寬一些，較近，我國擬修訂的建工行業標準JGJ52《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》征求意（yì）見稿中，提出將人工砂中的（de）石粉含（hán）量放寬為5％（大於等於C60混凝土），和7％（介於C30~C60混凝土（tǔ）之間）和10％（小於C30混凝土（tǔ）），這對人工砂的推廣應用將有積極的促進作（zuò）用。

二. 人工砂的性（xìng）能（néng）特征

與天然砂相比，人（rén）工砂自身有明顯的特（tè）點。它（tā）的顆粒與形狀多呈（chéng）三角形或方矩體，表麵粗糙，棱角尖（jiān）銳，一般球形度比天然砂小，目前，人工砂多為級配可以調整，含有一定量的石粉的中（zhōng）粗（cū）砂。由於全國各地生（shēng）產人工砂的母岩，生產工藝和（hé）設備（bèi）不同，生產出的（de）人（rén）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（liàng）等影（yǐng）響。現行標準中，隻要根據3個因（yīn）素進行規定，從而確定人工砂的質量穩定。

1：人工砂的粒形（xíng）

英國標準BS882:1992《用於（yú）混凝土的史料》中對石料形狀分為6個類別：圓（yuán）形、不規則行（háng）、角錐形、長條形和扁長形。人工砂的粒形主要為角錐形和不規則行（háng），關隨著母岩種類。人（rén）工砂設（shè）備不同而（ér）變化。顆粒（lì）的形狀對緊密堆積存在重要影響，實際應用中更加期（qī）望獲得圓形（xíng）的顆（kē）粒，它不僅有利於緊密堆積，更有利於增加混凝土的工作性（xìng）。一（yī）般來說，製砂設備導致的顆粒形狀中：棒模式、錘式破碎機和衝擊式破碎（suì）機等優於反擊式破碎機、圓錐式（shì）破（pò）碎機和旋盤是、顎式破碎機、輥式破碎機和旋回（huí）式較（jiào）差，但（dàn）前者製造成本較高。北京恒坤拓峰采（cǎi）石有限（xiàn）公（gōng）司采用反擊（jī）式破碎機和立軸式破碎機生產的（de）顆粒形狀方正效率高，細度模式可控製偉2.4~3.0，石粉含量為（wéi）2%~18%，同事，幹法生產解決（jué）了除塵問題。

人工砂（shā）的粒形對混凝土的影響主要體現在下麵幾個方麵：（1）粒形的（de）規則與否影響到集（jí）料（liào）自身的緊密堆積成都和空隙率大小，從而影響填充集料空隙的水泥漿體的體（tǐ）積。（2）不規則的（de）粒（lì）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（gōng）砂行政（zhèng）影響新拌混凝土工作（zuò）性能及它與水泥漿體界麵的機械（xiè）齧合力等。

2.人工砂的細度模數

對於定製生產的人工砂，其細度模數是可以控製的。在生產工藝中，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（de）小於（yú）4.75mm的石屑，由於其顆粒級配（pèi）並沒有嚴格按照相關（guān）標準（zhǔn）來配製，所（suǒ）以細度模數相差很大，使用時要認真選擇（zé）控製。對（duì）於細（xì）度模數不合適的人工（gōng）砂（shā），可以與（yǔ）天然中砂或細砂等通過實驗確定（dìng）混（hún）合（hé）比（bǐ）例後使用。

前麵所提（tí）及的水利、水（shuǐ）電工程中，人工砂的細度模數大多控製在（zài）3.0以下。如三峽（xiá）大壩中（zhōng）花崗（gǎng）岩人工砂的細度模數為2.7；龍灘水電站中人工砂的（de）細度模數為2.9；吳江構皮灘電站人工砂的細度模數為2.5；天（tiān）堂抽水蓄（xù）能電站人工砂的細（xì）度模數為2.5。在商（shāng）品混凝土中使用的人工砂一般為中粗砂。北京市建築市場目前存在兩種人工砂（shā）：一是完全替代（dài）天然（rán）砂（shā）的（de）人工砂，這（zhè）種人工砂細度模數較小，一般在3.0以下。二是與天然砂混合（hé）使用的（de）人工砂，它的細度模（mó）數偏高，一（yī）般在3.0以上，個別（bié）達（dá）到4.4以上。過大的細度模數表明集料中的粗顆（kē）粒比例偏大，而0.315mm以下的比例較小。這種人工（gōng）砂自身很難達到較緊密堆積狀態，從而增加了（le）混凝土中膠凝材料（liào）的總量，並影響到回南寧台的各種（zhǒng）性能。對於過粗的人工砂，一般是采用天然粉砂來（lái）補充小於0.315mm部分，從而控製混（hún）合砂的細度模數在中砂範圍之（zhī）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細度（dù）模數小於3.0，級配優良的優（yōu）質人工砂。

對於相同粒形的集料來（lái）說（shuō），總存在著優良的級配。優良的級配意味著（zhe）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堆積狀態，此時空隙率較小。人工砂的級配範圍（wéi）從幾個（gè）μm到4.75mm，其（qí）中石粉的平均粒徑一般為30μm~40μm，並起到微（wēi）填充的作用。當人工砂（shā）顆粒從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼此相（xiàng）互填充時，較後的空隙需要一定量的十分來填充。從（cóng）級配及堆積的角度來（lái）考慮，適量的石粉含量（liàng）是有益的。由於當前（qián）國家標準中十分含量的限製很低，很多人工砂生產企業采用水洗或者風選方式來除去超標的石粉，但與此同時破壞了人工砂的級（jí）配。當石粉行兩小於3%，細度模數較大，此時人（rén）工砂（shā）的級配一般都比較差，表現為空隙率比（bǐ）較大。我們在調研過程（chéng）中發現：有的人工砂砂石粉含量（liàng）2.5%、細度模數4.3，其鬆散堆積空隙率為52.6%；石粉含（hán）量14.8%、細度模數2.7的（de）人工砂的（de）鬆散堆積空隙率為34.3%。

人工（gōng）砂的級（jí）配（pèi）直接（jiē）影響到混凝土中膠凝材料用（yòng）量。級（jí）配優良的集料自身緊密堆積後，僅僅需要少量（liàng）的膠凝材料填充集（jí）料的空隙並黏結顆（kē）粒。當集料級配（pèi）較（jiào）差時，此時具有較大的空隙率，則需要更多的膠凝材（cái）料來填充空隙，但成（chéng）本增加。當（dāng）然隨著緊密堆積程度加大，骨（gǔ）料顆粒隻（zhī）講摩擦力也隨之增長（zhǎng），對混凝土工作性能（néng）產（chǎn）生影響。存在較近的（de）顆粒級配，同時滿足膠凝材料用量（liàng）與工作性能的協調。當人（rén）工砂中的石粉含量少而且級配較（jiào）差時，混凝土拌合（hé）物更加容易產生離析、泌水現象，這（zhè）種現象在低（dī）強度貧漿混凝土中表現更為明顯。當石粉的級配較好（hǎo）時，隨著混凝土中十分摻量的增加，混凝土黏度逐漸變大。對於產生泌（mì）水現象的混凝土，可以通過加入石粉的方法來改善混凝土的工作（zuò）性能。

4.人工砂的石粉含量

石粉是指人工（gōng）砂中粒（lì）徑小於75μm的顆粒含量。含泥量是指天然砂中（zhōng）粒（lì）徑小（xiǎo）於75μm的顆粒含量。在人工砂生產過程中不可避免的（de）灰帶入（rù）泥。國家標準GB/T14684-2001規定通過亞甲藍實驗來判斷粉體材料是石粉還是泥以及它們的相（xiàng）對比例。國標規定（dìng）亞甲藍實驗的MB值應（yīng）小於1.4，很多人工砂生產逛（guàng）街控（kòng）製MB值在0.5以下，以（yǐ）減小人工砂含泥帶鬼混凝土的（de）負麵影響。

石粉（fěn）的（de）較佳摻量還與（yǔ）混凝土等級有關（guān）。在低（dī）強度等級貧漿（jiāng）混凝土中石粉作（zuò）用更加明顯，此時石粉主要（yào）作（zuò）為一種有益的惰性材料，起到類似於礦物摻和料的填充作用，石粉的化學相（xiàng）對要比礦物摻和料的填充作用，石粉的化（huà）學相對要（yào）比（bǐ）礦物摻和（hé）料小的多。在高強（qiáng）混凝土華總膠凝材料總量本身已經很多，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（hún）凝土中的作用主要表現為填充效應、品核效應和活性效應。因此（cǐ），石粉不（bú）僅影響到混凝土的工作性能、力（lì）學性能，還影（yǐng）響到（dào）後期的耐（nài）久性能。石粉對混凝土耐久性能的影（yǐng）響（xiǎng）主要體現在下（xià）麵幾個方麵：（1）混凝（níng）土的收縮：石粉含量（liàng）會增大混凝土幹縮，隨著含量的增大，趨勢更加明（míng）顯。因此，對人工砂（shā）混凝土需要加（jiā）強早期養護（hù）。但磨（mó）細粉煤灰的加入，有效降低了這種（zhǒng）幹縮（suō）在高強人工砂（shā）混凝土（tǔ）中（zhōng）的發展；（2）混凝土的抗摻性及抗凍性：在一（yī）定範圍內（nèi），隨著石粉含量（liàng）的增加，混凝土密實度提高，混凝土的抗（kàng）壓強度、抗（kàng）折（shé）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（dù）為283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果（guǒ）表明人工砂混凝土的抗滲性和（hé）天然砂相同，具（jù）有（yǒu）較（jiào）低的氮（dàn）離子擴散係數，抗氮離子滲透性高於天（tiān）然砂，具有優異的抗凍性能。對硬化人工（gōng）砂混凝土進行SEM分析（xī），發（fā）現人工砂（shā）與水泥水化凝膠結合緊密，界麵處無裂縫，幾乎分不出兩者界限。正（zhèng）是這種界麵的強（qiáng）化使得（dé）人工（gōng）砂混凝土耐久性得以提高。

三、人工砂高強混凝土的研究與應用

隨著各種高效（xiào）減水劑的廣泛應用，混凝土進一步向高強、高性（xìng）能等方向發展。由於人工砂在混凝土用砂中的市場份額越來越大，進行人工砂高強混凝土（tǔ）的研究與應用（yòng）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程（chéng）》的規定。砂率的選擇主要（yào）根（gēn）據人工砂自身的細度（dù）模數、石粉含量、混凝土強度等級及其他（tā）材料的情（qíng）況（kuàng）經實驗確定。石料含量高的人工砂（shā）可以采（cǎi）用較低（dī）的砂率，細度模數大的人工砂宜選擇較高的（de）砂率。由於人工砂的表麵粗糙、多棱角（jiǎo），機械齧合力比較強（qiáng），顆（kē）粒之間的（de）摩擦（cā）力相（xiàng）對大，人工（gōng）砂混凝土單位用水量比天然砂混（hún）凝土要適當增加。

從全級配的角度來考慮，配製人（rén）工砂高（gāo）強混凝土（tǔ）的關鍵（jiàn）之一是要有優良的集（jí）料。對於人工砂來說，就是（shì）要有合適的細度模數、石粉含量、良好的級（jí）配以及較好的粒（lì）形。由於高強混凝土是富漿混凝土，所以石粉的含量不宜太多，同時要通過調整人工砂（shā）的細度模（mó）數與（yǔ）級配來保證混凝土具有優良的工作性能、力學性能和耐久性能。

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