人工製砂的行業標準

從20世（shì）紀（jì）60年代起，我過就在一些水利（lì）·水電工（gōng）程及土木建築工程中開展人工砂的研究與應用，經（jīng）過40多年的發展已經積累（lèi）了豐富的經驗並形成了係統的（de）理論。受自然環境的影響，我國缺少優質天然砂，而富有石灰岩的貴州（zhōu）。四川等省（shěng）份較早開展人工砂的研究（jiū）工（gōng）作。自上世（shì）紀九（jiǔ）十年代以來（lái），由於各（gè）種（zhǒng）工程建設的急（jí）劇（jù）增多和（hé）天然砂的資（zī）源缺乏，北（běi）京，上海，河南等省市也相繼開展人工砂的研究。人（rén）工砂的應用可以更（gèng）好的（de）保護環境，節約成本，實現可持續發展，應用（yòng）人工砂代替天然砂已勢在（zài）必行！

一. 人工砂（shā）概況

1.人工（gōng）砂的工程應用

成功應用人工砂的水利，水電工（gōng）程很（hěn）多。如三峽大壩二期，三期工程中（zhōng）全部采用花崗岩（yán）人工砂作細骨料：龍（lóng）灘水電站的（de）混凝土方量為575.6萬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：湖（hú）北宣恩洞坪水利樞（shū）紐工程采用灰岩生產人工砂及人工碎石：湖北天堂抽水蓄能（néng）電站，皂市水利樞紐工程采用灰岩生（shēng）產人（rén）工砂，施工時則采用天然砂與人工砂混合的辦法。

很多橋梁工程也（yě）廣泛應用人工砂。如（rú）株洲：六盤水鐵路複線南山河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（qiáo）箱結構也使用（yòng）的人工砂和特細砂混摻的C50混凝土，均取得較好的應用效果。

在商品混凝土應用方麵，北京世紀財富中心C60混凝土全為人工砂（shā）混凝土。此外，北京恒坤混凝土郵（yóu）箱公司和北京（jīng）恒坤拓峰采石有限公司采用幹法生產石灰石（shí）人工砂，在（zài）1年多的時間裏累計生（shēng）產商（shāng）品混凝（níng）土40多萬 m³，多數使用純人工砂，石粉含量（liàng）應用（yòng）範圍達8％~15％，應用於各種工程，取得（dé）了很好的效果。2005年（nián）北京地區人工砂的產量已占據混凝土建（jiàn）築（zhù）用砂的10％左右。隨著人們對人工砂（shā）認（rèn）識的逐漸深入，以及人工砂（shā）質量的進一步（bù）提高，人工砂混（hún）凝土（tǔ）所占有的份額必然會逐步增加。

在國外，美國，英國，日本等國家（jiā）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（yuán）利用率（lǜ）和環保的需要（yào），在1996年對人工砂及其母（mǔ）岩進行過調查，結果顯示人工砂大致（zhì）占細骨料的20％。日本在（zài）上世紀80年代，天然集料（liào）與人工集料的使用（yòng）比例大約為（wéi）0.9:1，而到90年（nián）代則降為0.5:1。

2.人工砂的技術標準

不同（tóng）國家製定的（de）人工砂技術標準不論是級配，細（xì）度模數還是（shì）石粉含量存在差異。愛（ài）石（shí）粉的含量方麵上，我國與國外在規定含量時考慮（lǜ）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（tǔ）耐磨（mó）要求進行規定的;英國標準BS882:1992《用於混凝土的石料》則根據重載混凝土路麵和普通混凝土規定人工砂石粉含量的要求；日本標準JIS A 5005:1993《混凝土（tǔ）碎石人工砂》對用於混凝土人工砂石粉（fěn）含量的要求是統一的；我國國家標準GB/T14684-2001<建築用砂》則按混凝土強（qiáng）度等級規定人工砂中石粉含量（liàng）。在我國（guó）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DB50/5017-2000《混凝土用人工砂質量標準及控製（zhì）方法》等也均采用按照強度等級的方法來規定石粉的含量。不同國家（jiā）的標準中隊混（hún）凝土人工砂石粉的（de）含量的限（xiàn）製是不同的。我過不同（tóng）地方標準中隊混凝土人工砂十分含量的較（jiào）高（gāo）限值也有所不同。

中，日，美對石粉含量限（xiàn）製（zhì）比較（jiào）嚴格。由於正常人工砂生產線（xiàn）過（guò）程中會產生10％左右的（de）石粉，嚴格（gé）的石粉含量增加了人工砂的生產（chǎn）成本，同時限製了（le）人工砂的使用。我國哦不同的省市也（yě）存在不（bú）同的標準要求。相關的研究表明，人工砂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準JGJ52《普通（tōng）混凝土用砂石質量標準及檢驗方法（fǎ）》征求意見稿中，提出將人工砂中（zhōng）的石粉含量放寬為（wéi）5％（大於等於C60混凝土），和7％（介於C30~C60混凝土之間）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用。

二（èr）. 人工砂的（de）性能特征

與天然砂相比，人工砂自身有明（míng）顯的特點。它的顆粒（lì）與形狀多呈（chéng）三（sān）角形或方（fāng）矩體，表麵粗糙（cāo），棱角尖銳，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（dìng）量的（de）石粉的（de）中粗砂。由於全國各地生產人工（gōng）砂的母（mǔ）岩，生產工藝和設備不同，生產出的人工砂質量（liàng）相差（chà）很大。人工砂的質量主要受粒形、細度模數、級配（pèi）、石粉含量等影響。現行標準中，隻要（yào）根據3個因素進行規定，從而確定人工砂的質量穩定。

1：人工砂（shā）的粒形

英國標準BS882:1992《用於混凝土的史料》中對石（shí）料形（xíng）狀分為6個類別：圓形、不規則行、角錐形、長條形和（hé）扁長形。人工（gōng）砂的粒形主要為角錐形和不規則行，關隨著母岩種類。人工砂設備不同而變化。顆粒（lì）的形（xíng）狀對緊密堆積存（cún）在重要影響，實際（jì）應用中更加期望獲（huò）得圓形的顆（kē）粒，它不僅有利於緊密堆積，更（gèng）有利於增加混凝土的工作性。一般來說（shuō），製砂設備（bèi）導致的顆粒形（xíng）狀（zhuàng）中：棒模式、錘式破碎機和衝擊式（shì）破碎機等優（yōu）於反擊式破碎機、圓錐式破碎（suì）機和旋盤是、顎式破碎機、輥式（shì）破碎機和（hé）旋回式較差，但前者製造成本較高。北京恒坤拓峰采石有限公司采用反擊式破碎機和立軸式破碎機生產（chǎn）的顆粒形狀方正效率高，細度模式可控製偉2.4~3.0，石粉（fěn）含（hán）量為2%~18%，同事，幹法生產解決（jué）了除塵問題。

人工砂的粒（lì）形對混凝（níng）土的影響主要體（tǐ）現在下麵幾個方麵：（1）粒形的規則與否影（yǐng）響到集料自身（shēn）的緊密堆積成都和空隙（xì）率大小（xiǎo），從而影響填充集料空隙的水泥漿體的（de）體積（jī）。（2）不規則的（de）粒（lì）形具有更（gèng）大的比表麵積，它需（xū）要的包裹漿體體積同樣增加。（3）人工砂行政影響新拌混凝土工作性能及（jí）它與水泥漿體界麵的機械齧合力等。

2.人工（gōng）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（bú）同篩（shāi）分的比例達到預定的細度模數。對於加碎石篩除的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒級配並沒有嚴（yán）格按照相關標準來配製，所以細度模（mó）數相差很大，使用時要（yào）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驗確定混合比例後使用。

前麵（miàn）所提及的水利（lì）、水電工程中，人工砂的細度模數大多（duō）控製在3.0以下。如三峽大壩中花崗（gǎng）岩人工（gōng）砂的細度（dù）模數為2.7；龍灘（tān）水電站中人工砂的細度（dù）模數為2.9；吳江構皮灘電站人工砂的細度模數為2.5；天堂抽水（shuǐ）蓄能電站人工砂的細度模（mó）數為2.5。在（zài）商品混凝土中使用的人工砂一般為中粗砂（shā）。北京市（shì）建築市場目前存在（zài）兩種人（rén）工砂：一是（shì）完全替代天然砂的人工砂，這種人（rén）工（gōng）砂細度模數較小，一般在3.0以下。二是與天然（rán）砂（shā）混合使用的人工砂，它的細度模數偏高，一般在3.0以上（shàng），個別達到4.4以上。過大的（de）細度模（mó）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（rén）工砂自身很難（nán）達到（dào）較緊密堆積狀態，從而增加了混凝土中膠凝材料的總量，並影響到回南寧台的各種性能。對於過粗的人工砂，一（yī）般是采用（yòng）天然粉砂（shā）來補充（chōng）小於0.315mm部分，從而控製混合砂的細度模數在中砂範圍之內。如果（guǒ）想是（shì）想人工（gōng）砂完全（quán）替代天（tiān）然砂的目的（de），就必須通（tōng）過選擇人工砂設備和控製生產工藝來生產細度（dù）模數小於3.0，級（jí）配優良的優質人工砂。

對於相（xiàng）同粒（lì）形的集料來說，總存在著優良的級配。優良的級配意（yì）味著集料自身能夠通過大小顆粒的較佳比例來接近較（jiào）緊密的堆（duī）積狀態，此時空（kōng）隙率較小。人（rén）工砂的級配範圍從（cóng）幾個μm到4.75mm，其（qí）中（zhōng）石粉的平均粒（lì）徑（jìng）一般為30μm~40μm，並起到微填充的作用。當人工砂顆（kē）粒從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼此相互填充時，較（jiào）後的空隙需要一定量的十分來填充。從（cóng）級（jí）配及（jí）堆積的（de）角度來考慮，適量的石粉含量是有益的。由於當前國家標準中十分含量（liàng）的（de）限製很低，很多人工砂生產企（qǐ）業采（cǎi）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比較差，表現為空隙率比（bǐ）較大。我們在調研過程中發現：有的人工砂砂石粉含（hán）量（liàng）2.5%、細度模數4.3，其鬆散堆（duī）積空隙（xì）率為52.6%；石粉含量14.8%、細度模（mó）數2.7的人工砂的鬆散堆積空（kōng）隙率為34.3%。

人（rén）工砂的級配直接影響到混凝土中膠凝材料用（yòng）量。級配優良的集料自身緊密堆積後，僅僅需要少（shǎo）量的（de）膠凝（níng）材料填充集料的空隙並黏結顆粒。當（dāng）集（jí）料級配較差時，此時具有（yǒu）較大的空隙率（lǜ），則需要更（gèng）多的膠凝材料來填充（chōng）空隙，但成本增加。當然隨著緊密堆積程度加（jiā）大，骨料顆粒隻講（jiǎng）摩擦力也隨之增長，對混凝土工作性能產生（shēng）影響。存（cún）在較近的顆粒級配，同時滿足膠凝材料用量與工作性（xìng）能的協調。當人工砂中的石（shí）粉含量少而且級配（pèi）較差時，混（hún）凝土拌合物（wù）更加容易（yì）產生離析、泌水現（xiàn）象（xiàng），這種（zhǒng）現象在低強度貧（pín）漿混凝土中（zhōng）表現更為明顯。當石粉的級配較好時，隨著混凝土中十分摻量（liàng）的增加，混凝土黏度逐漸變大。對於（yú）產生泌水現象的混凝土，可以通過加入石（shí）粉（fěn）的方法來改善混凝土的工作性能。

4.人工砂（shā）的石粉含量

石粉是指（zhǐ）人工砂（shā）中粒徑小於75μm的顆粒含量。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（bú）可避（bì）免的灰帶入（rù）泥。國家（jiā）標準GB/T14684-2001規定通過亞甲藍實驗來判斷粉體材料是石（shí）粉還是泥以及它們的相對比例。國標規定亞甲藍實驗的MB值應（yīng）小於1.4，很多人工砂生產逛街控製MB值在0.5以下，以減（jiǎn）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。在低強度等級貧漿混凝土中石粉作用（yòng）更加明顯，此時石（shí）粉主（zhǔ）要作為一種有益的惰性材料，起（qǐ）到類似於礦物摻和料的填充作用，石粉的化學相對要比礦物摻和料的填充作用，石粉的化學相對要比礦物摻和（hé）料小的多。在高強混凝土華總（zǒng）膠凝材料總量本身已經很（hěn）多，加入過量石粉會增加相應的黏度，congenial影響到混（hún）凝土（tǔ）的各種性能。

石粉（fěn）在混凝土中的作用主要表現為（wéi）填充效應、品核效應和活性效應（yīng）。因（yīn）此，石粉不僅影響（xiǎng）到混凝土的工作性能、力學性能，還影響到後期的耐（nài）久性能。石粉對混凝土耐久性能（néng）的影響主要體現在下麵幾個方（fāng）麵：（1）混凝土的（de）收縮：石粉含量會增大混凝土幹縮，隨著（zhe）含量的增大，趨勢（shì）更加（jiā）明（míng）顯。因此，對人工砂混凝土需要加（jiā）強早期養護。但（dàn）磨細粉（fěn）煤灰的加入，有效降低了這種幹縮在（zài）高強人工砂混凝土（tǔ）中的發展；（2）混凝土的抗摻性及抗凍性：在一定範圍內，隨著石粉含量的增（zēng）加，混凝土密實度提高（gāo），混凝土的抗壓強度、抗折（shé）強度相應的增加。有研究人員利（lì）用石粉含量11.1%的人工砂配製（zhì）28d強度為283.MPa~53.2MPa的高性能混（hún）凝土，結果表明人工砂混凝土（tǔ）的抗滲性和天（tiān）然砂相同（tóng），具有較低的（de）氮離子擴散係數，抗氮離子滲透性高（gāo）於天然砂，具有優異的（de）抗凍性能。對硬化人（rén）工砂混凝土進行SEM分析，發現人工（gōng）砂與水泥水化凝膠結合緊密，界麵處（chù）無裂縫（féng），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耐久性得以提高。

三、人工砂高（gāo）強混凝土的研究與應用

隨著各種高效減水劑的廣泛應用，混（hún）凝土（tǔ）進一步向高強、高性能等（děng）方向發展。由於人工砂（shā）在混凝土用（yòng）砂中的市場（chǎng）份額越來越大，進行人工砂高強混凝土的研究與應用具有重要的實際意義。

機製混凝（níng）土配合比設計應采用JGJ55-2000《普通混凝土（tǔ）配合比設（shè）計規程》的規定。砂率的選擇主要根據人工砂自身的細度模數、石粉含（hán）量、混凝土強度等級及其他材料的情況經（jīng）實驗確定。石料含（hán）量高的（de）人工砂可以采用較低的砂率，細度（dù）模數（shù）大的人工砂宜選（xuǎn）擇較高的砂（shā）率。由於（yú）人工砂（shā）的表（biǎo）麵粗（cū）糙、多棱角，機械齧（niè）合力比較強，顆粒之間的（de）摩擦力相（xiàng）對大，人（rén）工砂（shā）混凝土單位用（yòng）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（gōng）砂高強混凝土的關鍵之一是（shì）要有優良的集料。對於人（rén）工砂來說，就是要有合適的（de）細度模數、石粉含量、良好的級配以及較好的粒形。由於（yú）高強混凝土是富漿混凝土，所以石粉的含量不（bú）宜太多，同時要通過調（diào）整人工砂的細度模數（shù）與級配來保證混（hún）凝土具有優良（liáng）的工作性能（néng）、力（lì）學性能和耐久性能。

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