人工製（zhì）砂的行業標（biāo）準

從20世紀60年代（dài）起，我過就（jiù）在一些水利·水電工（gōng）程及土木建築工程中開（kāi）展人工砂的研究與應用，經過40多年的發（fā）展已經積累了豐富（fù）的（de）經驗並形成了係統的理論。受自然環境的影響，我國缺少（shǎo）優質天然砂，而富（fù）有石灰岩的貴州。四川等省份較早開展（zhǎn）人工砂的研（yán）究工作。自上世紀九十年代以來，由（yóu）於各種工程建（jiàn）設的急劇（jù）增多和天然砂（shā）的資（zī）源缺乏，北京（jīng），上海（hǎi），河南等省市也相繼開展人工砂的研究。人工砂（shā）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（tiān）然（rán）砂已（yǐ）勢在必行！

一. 人工砂概況

1.人工砂的工程應用（yòng）

成功應用人工砂的（de）水利，水電（diàn）工程很多。如三峽大壩二期，三期工程中（zhōng）全部采用花崗岩人工砂（shā）作細骨料：龍灘水電（diàn）站的混凝土方（fāng）量為（wéi）575.6萬（wàn）m³，采用石灰岩人工砂作細骨料：烏江構皮灘電站采用灰岩生產人工砂（shā）：湖（hú）北宣恩洞坪水利樞（shū）紐工程采用（yòng）灰岩生產人工砂及人工（gōng）碎石：湖北天堂抽水蓄能電站，皂市水利樞紐工程采用灰岩（yán）生產人工砂，施工時則采用天然（rán）砂與人工砂（shā）混合的辦法。

很多橋梁工程也（yě）廣泛應用人工砂。如株洲：六盤水鐵（tiě）路複線南山河特大橋（qiáo）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（yuán）大（dà）橋主橋箱結構也使（shǐ）用的人工砂和特細砂（shā）混摻的C50混凝土，均取得較好的應用效果。

在商品（pǐn）混凝（níng）土應用方麵，北京（jīng）世紀財富中心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坤拓峰采石（shí）有限公司采用幹法生產（chǎn）石灰石人工砂，在1年多的時間裏（lǐ）累（lèi）計生產商品混凝土40多萬 m³，多數使（shǐ）用（yòng）純（chún）人工砂，石粉含（hán）量應用範圍達8％~15％，應用於各種工程（chéng），取得了很好的效果。2005年北京（jīng）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（rèn）識的逐漸深入，以及（jí）人工砂質量的進一步提高，人（rén）工（gōng）砂混凝土所占有的（de）份額必然會（huì）逐步增加。

在國外，美國，英國，日本等國家使用人工（gōng）砂已有幾十年的曆史。美國地質勘探局根據資源利用率和環保的需（xū）要，在1996年對人工砂及其（qí）母岩（yán）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（liào）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

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

中，日，美對石（shí）粉含量（liàng）限製比較嚴格。由於正常人工砂生產線（xiàn）過程中會（huì）產生10％左（zuǒ）右的石粉，嚴格的石粉含量增加了人工砂的（de）生產成本，同時限製了人工砂的使用（yòng）。我國哦（ò）不同的省市也存在不同的標準（zhǔn）要求。相關的研究表明，人工砂（shā）的石粉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（biāo）準JGJ52《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗（yàn）方法》征（zhēng）求意見稿中，提出將人工砂中的石粉含（hán）量放寬為5％（大於等於C60混凝土），和7％（介（jiè）於C30~C60混凝土之間）和10％（小於C30混凝土），這對人工砂（shā）的推廣應（yīng）用將（jiāng）有積極的促進作（zuò）用。

二. 人工砂的性能特征

與天然砂相比（bǐ），人工砂自身有明顯的特點。它（tā）的顆粒與形狀（zhuàng）多呈三角形或方矩體，表麵粗糙，棱角尖銳，一般球（qiú）形度比天然砂小，目前，人工砂（shā）多為級配可（kě）以調整，含有一定（dìng）量的石粉的中粗砂。由於全國各地生產人工砂（shā）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（liàng）主要受粒形、細度模數、級配、石粉（fěn）含（hán）量等影響。現行標準中，隻要根據3個（gè）因素進行規定，從而確定人工砂的質量穩定。

1：人工砂的粒形

英國標（biāo）準BS882:1992《用於混凝土的史料》中對石料形狀分為6個類別：圓形、不（bú）規則行、角錐形、長條形和扁長形。人工砂的粒（lì）形主要為角（jiǎo）錐形和不（bú）規則行，關隨著母岩種類。人工砂設備不同而變化。顆粒的形狀對緊密堆（duī）積存（cún）在重要影響，實際應用（yòng）中更加期望獲得圓形的顆粒，它不僅（jǐn）有利於緊密堆積，更有利於增加混凝土的（de）工作性。一般來說，製（zhì）砂設備導致（zhì）的顆粒形狀中：棒模式、錘（chuí）式破（pò）碎機和衝擊式破碎機等優於反擊式破碎機、圓錐式破碎機和旋盤（pán）是、顎式破碎機、輥式破碎機和旋回式（shì）較差，但前者製造成（chéng）本較高。北京恒坤拓峰采（cǎi）石有限公司采用（yòng）反擊式破碎機和立軸式破碎機生產的顆粒形狀方正效率高，細度（dù）模式可控製偉2.4~3.0，石粉含量為（wéi）2%~18%，同事，幹法生產（chǎn）解決了除塵問題。

人工砂的粒（lì）形對混（hún）凝土的影響主（zhǔ）要體現在（zài）下（xià）麵幾個方麵：（1）粒形的規則與否影響到集料（liào）自（zì）身的緊密堆積成都和空（kōng）隙率大小，從而影（yǐng）響填充集料空隙的水泥漿體的體積。（2）不（bú）規則的粒形具有更大的比表麵積，它需要的包裹漿體體（tǐ）積同樣增加。（3）人工砂行政影響新拌混凝（níng）土工作性能及它與水泥（ní）漿體界麵的機械齧合力等。

2.人工（gōng）砂的（de）細度模數

對於定製生產的（de）人工砂，其細度模數是可以控製的。在生產工藝中（zhōng），通過調節不同篩分的比（bǐ）例達到預定的（de）細度模（mó）數。對於加碎石篩除的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒級（jí）配（pèi）並沒有嚴格按照相關標準來配製（zhì），所以細度（dù）模（mó）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（de）人工砂，可以與天然中砂或細砂（shā）等（děng）通（tōng）過實驗確定混（hún）合比例後使用。

前麵所提（tí）及的水利、水電工程中，人（rén）工（gōng）砂的細度（dù）模數大多控製在3.0以下。如三峽（xiá）大壩中花崗岩人工砂的細度模數為2.7；龍灘水電站中人工砂的細度模數（shù）為2.9；吳江構皮灘（tān）電站人工（gōng）砂的細度模數為2.5；天堂抽水蓄能電站人工砂的細度（dù）模數為2.5。在商品混凝土中使用的人（rén）工砂一般為中粗砂。北京市建築市場（chǎng）目前存在（zài）兩種人工（gōng）砂：一是完全替代天（tiān）然（rán）砂的人工砂，這種人（rén）工（gōng）砂細度模（mó）數較小，一般（bān）在（zài）3.0以下（xià）。二是與天然砂混合（hé）使用（yòng）的人工砂，它的（de）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（de）比例（lì）較小。這種人工砂（shā）自身很（hěn）難達到較緊密堆（duī）積狀態，從而增加了混凝（níng）土中膠凝材料的（de）總量，並影響到回南寧台的各種性能。對於過粗的人工砂，一般是采（cǎi）用（yòng）天（tiān）然粉砂來（lái）補充小（xiǎo）於0.315mm部分（fèn），從而控（kòng）製混合砂的細度模數在中砂（shā）範圍之內（nèi）。如果想是想人工砂完全（quán）替代天然砂的目的（de），就必須通過選（xuǎn）擇人工砂設備和控製生（shēng）產工（gōng）藝來生產細度模數小於3.0，級（jí）配（pèi）優良的優質人工砂。

對於相同粒形的集料來說，總存在著優良的級配。優良的級配意味著集料自身能夠通過大小顆粒的較佳比例來接近較緊密的堆積狀（zhuàng）態（tài），此時空隙率較小。人工（gōng）砂的級配範圍從幾個μm到4.75mm，其中石粉的（de）平均（jun1）粒徑一（yī）般為（wéi）30μm~40μm，並起到微填充的作用。當人工砂顆粒從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼此相互（hù）填充時，較後的空隙需（xū）要一定量的十分來填（tián）充。從級配及堆積的角度來考慮，適（shì）量的（de）石粉含量是有益的。由於當前國家（jiā）標準中十分含量的限（xiàn）製很低，很多（duō）人工砂生產企業采用水洗或者風選方式來除去（qù）超標的石粉（fěn），但與此（cǐ）同時（shí）破壞了人工砂的級配。當石粉行兩小於3%，細度模數較大，此時人工砂的級配一般都（dōu）比較差，表現為空隙率比較大。我們（men）在調研過程中發現：有的人（rén）工砂砂（shā）石粉含（hán）量2.5%、細度模（mó）數4.3，其鬆散堆積空隙率為52.6%；石（shí）粉含量14.8%、細度模數2.7的人工砂的（de）鬆散堆積空隙率為34.3%。

人工砂的級配直接影響到（dào）混（hún）凝（níng）土中膠凝材料用量。級配優良的（de）集料自身（shēn）緊密堆積後（hòu），僅僅需要少量的膠凝材料填充集料的（de）空隙並黏結（jié）顆粒（lì）。當（dāng）集料級配較差時，此時具（jù）有較大的空隙（xì）率，則需要（yào）更多的膠凝材料來填充空隙，但成本增加（jiā）。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長，對混（hún）凝土工作（zuò）性能產生影響。存在較近的（de）顆粒級配，同時滿足膠凝材（cái）料用量與工作性能的協調。當人工砂中的石粉含量少而（ér）且級配較差時，混凝土拌合物更加容（róng）易產（chǎn）生（shēng）離析、泌水現象，這（zhè）種現象在低強度貧漿混凝土中表現更為明顯。當石粉的級（jí）配較（jiào）好時，隨著混凝土中十分（fèn）摻量的增加，混凝土黏度逐漸變大。對於產生泌水（shuǐ）現象的混凝土，可以通過加入石（shí）粉的方法來改善混凝土的工作性能。

4.人工砂的石粉含量

石粉是指人工砂中粒徑小（xiǎo）於（yú）75μm的顆粒（lì）含量。含泥量是指天然砂中粒徑小於75μm的顆粒含量。在人工砂生產過程（chéng）中不（bú）可避免的灰帶入泥。國家標準GB/T14684-2001規定通過亞甲藍實驗來判斷粉體材料是（shì）石粉還是泥以及它們的相對比例。國標規定亞甲藍實驗的（de）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，以減小人工砂含泥帶（dài）鬼混凝土的負麵影響（xiǎng）。

石粉的較佳摻量還與混凝土（tǔ）等級有關（guān）。在低強度等級貧（pín）漿混（hún）凝土中石粉（fěn）作用更加明（míng）顯，此時石粉（fěn）主要作為一種（zhǒng）有益的（de）惰（duò）性材料，起到類似（sì）於礦物摻和料的（de）填充作（zuò）用，石粉的化學相對要（yào）比礦物摻和料的填充作用，石粉的化學相對（duì）要比礦物摻和料小的多。在高強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影響到混凝土的各種性能。

石粉在（zài）混凝土（tǔ）中的作用主要表現為填充（chōng）效應、品核效應和活性效應（yīng）。因此，石（shí）粉不僅影響到混凝土的工作性能、力學性能，還影響到後期的（de）耐久性能。石粉對混凝（níng）土耐久性能的影（yǐng）響主要（yào）體現在下麵幾個方麵：（1）混（hún）凝土的收縮：石粉（fěn）含量會增大混凝土幹縮，隨著含量的增（zēng）大，趨勢更加明顯。因此，對人（rén）工砂混（hún）凝土需要加強（qiáng）早期（qī）養（yǎng）護。但磨細粉煤灰的加入，有效降低了這種幹縮在高強人工砂混凝土中的發展；（2）混凝土的抗摻性及抗凍性（xìng）：在（zài）一定範圍內，隨著石粉含量的增加，混凝土密實度提高，混凝（níng）土的（de）抗壓強度、抗折（shé）強度相應的增加。有研究人（rén）員利用（yòng）石粉含量11.1%的人（rén）工砂配（pèi）製28d強度為283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果表明人工（gōng）砂混凝土的抗滲性和（hé）天（tiān）然砂相同，具有較低的氮（dàn）離（lí）子擴散係數，抗氮（dàn）離子滲透性高於天然砂，具有優異的抗凍性能。對硬化人（rén）工砂混（hún）凝（níng）土進行SEM分析，發現人工砂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。正是這（zhè）種界麵的強化使得人工砂混凝（níng）土耐久性得以提（tí）高。

三（sān）、人工砂高強混凝（níng）土的研究與應用

隨著各種高（gāo）效減水劑的廣泛（fàn）應用，混凝土進一步向高強、高性能等方向發展。由於人工砂在混凝土用砂中的市場份（fèn）額越來越大，進行人工砂高（gāo）強混凝土的研究與應用具有重要的（de）實際意義。

機製混凝土配合比設計（jì）應采（cǎi）用JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規（guī）程》的（de）規定。砂率（lǜ）的選擇主要根據人工砂自身的細度模數、石粉含量、混（hún）凝土強度（dù）等級（jí）及其他材料的情況經實驗確定。石料含量高的（de）人工砂可以采（cǎi）用較低的砂率，細度模數大的人工砂宜選擇較高的砂率。由於人工砂（shā）的表（biǎo）麵粗糙、多棱角，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。

從全級配的角度來考慮，配製人工砂（shā）高強混凝土的關鍵之一是要有優（yōu）良的集料。對（duì）於人工砂來說，就是要（yào）有合適的細度模數、石粉含量、良好的級配以及（jí）較好的粒形。由於高強混凝土是富（fù）漿混凝土，所以石粉的（de）含量不（bú）宜太多，同時要通過（guò）調整人工砂的細度模數與級配來保證（zhèng）混凝土具（jù）有優（yōu）良的工作性能、力學性能和（hé）耐久（jiǔ）性能。

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