人工製砂的行業標準

從20世紀60年代起，我（wǒ）過就（jiù）在一些水利·水電工程及土木建築工程中開展人工砂的（de）研究與應用，經（jīng）過40多年的發展已經積累了豐富的經（jīng）驗並（bìng）形成了係統的理論。受自（zì）然環境的影響，我國缺少優（yōu）質天然砂，而富有石灰岩的貴州。四川等省（shěng）份較早（zǎo）開展人工砂的研究工（gōng）作。自上世紀九十年代以來，由於各種工程建設的急劇增多和天然砂的資源缺乏，北京，上（shàng）海，河南等省市也相（xiàng）繼開展人工砂的（de）研究。人（rén）工砂的（de）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砂已勢在必行！

一. 人工砂概況

1.人（rén）工砂的工程應用

成功應用人工砂的水利，水電工程很多（duō）。如三峽大壩二期，三期工程中全（quán）部采用花崗岩人（rén）工砂作細骨（gǔ）料：龍灘水電站的混（hún）凝土方量為（wéi）575.6萬m³，采用石灰岩人工砂作細骨料：烏江（jiāng）構皮（pí）灘（tān）電站采用灰岩生產人工砂（shā）：湖北宣恩洞坪水利樞紐工程（chéng）采用灰岩生產人工砂及人工碎石：湖北天堂（táng）抽水蓄能電站，皂市水利樞紐工程（chéng）采用灰岩生產人工砂，施工（gōng）時則采用天然砂與人工砂混合的（de）辦法。

很多橋（qiáo）梁工程（chéng）也廣泛應用人工砂。如株洲：六（liù）盤水鐵路複線南山河特大橋使用人工砂做細骨料配製（zhì）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混摻的C50混凝土，均取（qǔ）得較好的應（yīng）用效果。

在商品混凝土應用方麵，北京世紀（jì）財富中心C60混凝土（tǔ）全為人工砂混凝土。此外，北京恒坤（kūn）混凝土郵箱公司和北京恒坤拓（tuò）峰采石有限公司采用幹法生產石灰石人工砂，在1年多（duō）的時（shí）間裏累計生產商品混凝土40多萬（wàn） m³，多（duō）數（shù）使用純人工砂，石粉含量（liàng）應用範圍達8％~15％，應（yīng）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（hún）凝土建築用砂的（de）10％左右。隨著人們對人工（gōng）砂認識的逐（zhú）漸深入，以及人工砂質量的進一步（bù）提高，人工砂混凝土所占有的份額必然（rán）會逐步增加。

在國外，美國，英國，日本等國（guó）家使用人工砂已有幾十年的曆史。美國地質勘探局根據（jù）資源利用率（lǜ）和環保的需要（yào），在1996年對人工砂及其母岩進行過調查，結（jié）果顯示人工（gōng）砂（shā）大致占細骨料的20％。日本在上世（shì）紀80年代，天然集料與人工集料的使用比例（lì）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不論是級配，細度模（mó）數還是石粉含（hán）量存（cún）在差異。愛石粉的含量（liàng）方麵上，我（wǒ）國與國外在規定含量時（shí）考慮角度明顯不同。美國標準ASTM C33-1999《混凝土集料標（biāo）準規範》是根據混凝土耐磨要求進行規定的;英國（guó）標準BS882:1992《用（yòng）於混凝土的石料（liào）》則（zé）根據重載混凝土路麵和普（pǔ）通混凝土（tǔ）規定人（rén）工砂石粉含量的要求；日本標準（zhǔn）JIS A 5005:1993《混凝土碎石人工砂（shā）》對用於混凝土人工砂石粉含量的要求（qiú）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（guī）定人工砂中石粉含量。在我國的地方標準中，貴州省DBJ22-016-95《山砂混凝（níng）土技術規範》和重慶市DB50/5017-2000《混凝土（tǔ）用人工砂（shā）質量標準及（jí）控製方法》等也均采用按照強度等級的方（fāng）法來規定石粉的含量。不（bú）同國家的標準（zhǔn）中隊混凝土人工砂石粉的含量的限製是不同的。我（wǒ）過不（bú）同地方標準中隊混凝土人（rén）工砂十（shí）分含量的較高限值也有所不同。

中，日，美對石粉（fěn）含量（liàng）限（xiàn）製比較嚴（yán）格。由於（yú）正常人工砂生產線過程中會產生10％左右的石粉（fěn），嚴（yán）格的石粉含量增加了人工砂的生產（chǎn）成本，同時限製了人工砂的使用。我國哦不同的省市也存在不同（tóng）的標準要求。相關的研究表明，人工砂的石粉含（hán）量可以比現行（háng）國標放寬一些，較近，我國擬修訂的建工行業標準JGJ52《普通混凝土用（yòng）砂石質量標準及檢驗方法》征求意（yì）見稿中，提出將人工砂中的石粉含量放寬為5％（大於等於C60混凝土），和（hé）7％（介於C30~C60混凝土之（zhī）間）和10％（小於C30混（hún）凝土），這對人工砂的推廣應用將有積極的促進作用。

二. 人工砂的性（xìng）能特征

與天然砂相比，人工砂自身有明顯的特點（diǎn）。它（tā）的顆粒與（yǔ）形狀多呈三角形（xíng）或方矩體，表麵粗糙（cāo），棱角尖銳，一般球形度（dù）比天然砂小，目前，人工砂多為級配可以調整，含有一定量的石粉（fěn）的中粗砂。由於全國各地生產人工砂的母岩，生產工藝和設備不同，生產出的（de）人工（gōng）砂質量相差很大。人工砂的質量主要受粒形、細度模數、級配、石粉含（hán）量等影響。現行標準中，隻要根（gēn）據3個因素進行規定，從而確定（dìng）人工砂的質量穩定。

1：人工砂的粒形

英國標準BS882:1992《用於混凝土的史料》中對石料形狀分為6個類別：圓形、不規則行、角錐形、長條形和扁（biǎn）長形。人工砂的粒（lì）形主要為角錐（zhuī）形和不規則（zé）行，關隨著母岩種類。人工砂設備不同而變化。顆粒（lì）的形狀對緊密堆積存在重要影響，實際應用中更加期望獲得圓形的顆粒，它不僅有利於緊（jǐn）密堆積，更有利於（yú）增加混凝土的工作性。一（yī）般來說，製砂設備導致的顆粒形狀中：棒模式、錘（chuí）式破碎機和（hé）衝擊（jī）式（shì）破碎機等優於反擊式破碎機（jī）、圓錐式破碎機和旋盤是、顎式破碎機、輥式破碎機和（hé）旋回式較差，但前者製造成本較高。北京恒坤拓峰采（cǎi）石有限公司采用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，細度模式可控製偉2.4~3.0，石粉含量為2%~18%，同事，幹法生產解決了除塵（chén）問題。

人工砂的粒形對混凝土的（de）影（yǐng）響主要體（tǐ）現在下麵幾個方麵：（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（dà）小，從而影響填充（chōng）集料空隙的水泥漿體（tǐ）的體積。（2）不規則的粒形（xíng）具有更大的（de）比表（biǎo）麵積，它需要的包裹漿體體積（jī）同樣增加。（3）人工砂行政影響新拌混凝土工（gōng）作性能及它（tā）與水泥漿體界麵的機械齧合力等。

2.人工砂的細（xì）度模數

對於定製生產的人工砂，其細度模數是可以控製的（de）。在生產（chǎn）工藝中，通（tōng）過調節不（bú）同篩分的比例達（dá）到預定的細度模（mó）數。對於加碎石篩除的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒（lì）級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（bú）合適的人工（gōng）砂，可以與天然中（zhōng）砂或細砂等通過實驗確定混合比例後使用。

前麵所提及的水利、水電工程中，人工砂的細度模數大多控製在（zài）3.0以下。如三峽大壩中花崗岩（yán）人工砂的細度模數為2.7；龍灘（tān）水電站中人工砂的細度模數為2.9；吳江（jiāng）構皮灘電站人工砂的細度模數為2.5；天堂抽水蓄（xù）能電站人工砂的細度模數為2.5。在商品混凝土中使用的人工砂一（yī）般（bān）為（wéi）中粗砂。北京（jīng）市建築市場目前存（cún）在（zài）兩種（zhǒng）人工砂：一是完全替代天然砂的人工砂，這種人工砂細度模數較小，一般在3.0以下。二是與天然砂混合使用的人工砂（shā），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（jí）料中的粗顆粒比例偏大，而0.315mm以下的比（bǐ）例較小。這種人工砂（shā）自身很難達到較緊密（mì）堆（duī）積狀態，從而增加了混凝（níng）土中膠凝材料的總量，並影（yǐng）響到回南寧台的各種性能。對於過粗的人工砂，一般是采用天然粉砂（shā）來補充小於0.315mm部分，從而控製混合砂的細度模數在（zài）中砂範圍之內。如（rú）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設備和（hé）控製生產（chǎn）工藝來生產細度模數小於3.0，級配優良的優質人（rén）工砂。

對於相同粒（lì）形的（de）集料來說，總（zǒng）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態，此時空（kōng）隙率較小。人工（gōng）砂的級配範（fàn）圍從幾（jǐ）個μm到4.75mm，其中（zhōng）石粉的（de）平均粒徑一般為30μm~40μm，並起到（dào）微填充的作用。當人工砂顆粒從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼（bǐ）此相互填（tián）充時，較後的（de）空隙需要一定量的十分來填充。從（cóng）級配（pèi）及堆積（jī）的（de）角度來考慮，適量的石粉含量是有益的。由於當前國家標準（zhǔn）中十分含（hán）量的限製很低，很多人工砂生產企業采用水洗或者風選方（fāng）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，此時人工砂的（de）級配一般都（dōu）比較差，表現為空隙率比較大。我們在調研過程中發現：有的（de）人工砂砂石粉含量2.5%、細度模數4.3，其鬆散堆積（jī）空隙率（lǜ）為52.6%；石粉含量14.8%、細（xì）度模數2.7的（de）人工（gōng）砂的鬆散堆積（jī）空隙（xì）率為34.3%。

人工砂的級配直接影響到（dào）混凝（níng）土中膠凝材料用量。級配優良的集料自身緊密堆積後，僅僅需要少量的膠凝材料（liào）填充集料的空隙並黏結顆粒（lì）。當集料級配（pèi）較差時，此時具有較大（dà）的空隙率，則需要更多的膠凝材料來填充空隙，但成（chéng）本增加。當然隨著緊密堆積程度加大，骨料顆粒（lì）隻講摩擦力（lì）也隨之增長，對混凝土工（gōng）作性（xìng）能產生影響。存在（zài）較近（jìn）的顆粒級配，同時（shí）滿（mǎn）足膠凝材料用量與工作性能的（de）協調。當人（rén）工砂中的石粉含量（liàng）少而且級配較差（chà）時，混凝土拌合物更加容易（yì）產生離（lí）析、泌水現象，這種現象在低強度貧（pín）漿混凝土中（zhōng）表現更為明顯。當石粉的級配（pèi）較（jiào）好（hǎo）時，隨（suí）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（shēng）泌水現象（xiàng）的混凝土，可以通過加入石粉的方法（fǎ）來改善混凝土的工（gōng）作性能。

4.人工砂的石粉含量

石粉是指人工砂中粒徑小於75μm的顆粒含（hán）量。含泥量是指天然砂中粒（lì）徑小於75μm的顆粒含量。在人工砂生產過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是石粉還是泥以及它們的相對比例（lì）。國標規定（dìng）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（xià），以減小人工砂含泥帶鬼混凝土的負麵影響。

石粉的較佳摻量還與混凝土等級有關。在低強度（dù）等級貧漿混凝土中石粉作用（yòng）更加明顯，此時石粉主要作為一種有益（yì）的惰性材料，起到類似於礦物摻和料的（de）填充作用，石粉的化學相（xiàng）對要比礦物（wù）摻和料的（de）填充作用，石粉的化學相對要比礦物（wù）摻和料小的多。在高強混凝土華（huá）總（zǒng）膠（jiāo）凝材料總量本（běn）身已經很多，加（jiā）入過量石粉會增加相應的黏度，congenial影（yǐng）響到混凝土的各種性能。

石粉在混凝土中的作用主要表現為填充效（xiào）應、品核效（xiào）應（yīng）和活（huó）性效應。因此，石粉不僅影響到混凝土的工作性能、力學性能，還影響到後期的耐久性能。石粉對混凝土耐久性能的影響主要體現在下麵（miàn）幾個方麵（miàn）：（1）混凝土的（de）收縮：石粉含量（liàng）會增（zēng）大混凝（níng）土幹縮，隨著含量的增大，趨勢更加明顯。因此，對人工砂（shā）混凝土需要加強早期（qī）養護。但磨細粉煤灰的加入（rù），有效降低了這種幹縮在高強人（rén）工砂混凝土中（zhōng）的發展（zhǎn）；（2）混凝土的抗摻（chān）性（xìng）及抗凍性：在一定範圍內，隨著石粉含量的增（zēng）加，混凝土密（mì）實度（dù）提高，混凝土的抗壓強度、抗折強度相（xiàng）應的增（zēng）加。有研究人員利用（yòng）石粉含量11.1%的人工砂配製28d強度為283.MPa~53.2MPa的高性（xìng）能混凝土，結果表明人工砂混凝土的抗滲性和天（tiān）然砂相（xiàng）同，具有（yǒu）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。對硬（yìng）化人工砂混（hún）凝土（tǔ）進行（háng）SEM分析，發現人工砂與水泥（ní）水化凝膠結合緊密（mì），界麵處無裂縫（féng），幾乎分不出兩者界限。正是這種界麵的強化使得人工砂混凝土耐久性得（dé）以提高。

三（sān）、人工砂高強混凝土的研究與應用

隨著各（gè）種高效減水劑的廣泛應用，混凝土進一步向高強（qiáng）、高性能等方向發展。由於（yú）人工砂（shā）在混凝土用砂中的市場份額越來越大，進行人（rén）工砂高（gāo）強混凝土的研究與應用具有重要的實（shí）際意義。

機製混凝土配合比設計應采（cǎi）用JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計規程》的規定。砂率的選擇主要根據人工砂自身的（de）細度模數、石粉含量、混凝土強度等級及其他材料的情況經實驗確定（dìng）。石料含量高的人工砂可（kě）以采用較低的砂率，細度模數大的（de）人工砂宜選擇較高的砂率。由（yóu）於人（rén）工砂的表（biǎo）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。

從全級配的角度來考慮（lǜ），配製人（rén）工砂高強混凝土的關鍵之一（yī）是要有優（yōu）良的集料。對於人工砂來說，就是要有合適的細度（dù）模（mó）數、石（shí）粉含量、良好的級配以及較（jiào）好的粒形。由於高強混凝土是富（fù）漿混凝土，所以（yǐ）石粉的含量不宜太多，同時（shí）要通過調整人工砂的細度模（mó）數與級配來保（bǎo）證混凝土具有優良（liáng）的工作性能、力學性能和耐久性能。

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