人工製砂（shā）的行業標準

從20世紀60年代起，我（wǒ）過就在一些水利·水電工程（chéng）及土木建築工程中開展人工砂的研究與應（yīng）用，經過40多年（nián）的（de）發展已（yǐ）經積累了豐（fēng）富的經驗並形成了係統的理論。受自然環境（jìng）的影響，我國缺少（shǎo）優質天然砂，而富有石（shí）灰（huī）岩的貴州。四川等（děng）省份較早開展人工砂的（de）研（yán）究工作（zuò）。自上世紀九十年代以來，由（yóu）於各種工程建設的急劇增多和天然砂的資源缺乏，北京，上海，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（gèng）好的保護環境，節約成本，實現可持（chí）續發（fā）展，應用人工砂代替天然（rán）砂已勢在必行！

一（yī）. 人工砂概況

1.人工砂的工程（chéng）應（yīng）用

成功應用人工砂的水利，水電工程（chéng）很多。如三峽大壩二期（qī），三期（qī）工（gōng）程中（zhōng）全部采用花崗岩人工砂作細骨料：龍灘水電站的混凝土方量為575.6萬m³，采用（yòng）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）：湖北宣恩（ēn）洞坪水利樞（shū）紐工程采（cǎi）用灰岩生產人工砂（shā）及人工碎石：湖北天堂抽水蓄能電站，皂市水利樞紐工程采（cǎi）用灰岩生（shēng）產人工砂，施工時則采用天然砂與人工砂混合的辦法。

很多橋梁工程也廣泛應用人工砂（shā）。如株（zhū）洲：六盤水鐵路複線南山河特大橋使用（yòng）人工砂（shā）做細骨料配製C55超緩混凝（níng）土，重慶嘉陵江黃花園大橋主橋箱結構（gòu）也使用的人工砂（shā）和特細砂混摻的C50混凝土，均取得（dé）較好的應用（yòng）效果。

在商品混凝土應用方麵，北（běi）京世紀財富中（zhōng）心C60混凝土全為人工（gōng）砂（shā）混凝土。此外，北京恒坤混凝土郵箱（xiāng）公司和北京恒坤拓峰采石有限公司采用幹法生產石灰石人工（gōng）砂，在1年多的時（shí）間裏累計生產商品混凝土40多（duō）萬（wàn） m³，多數使用純人工砂，石粉含量應用範圍達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一步提高，人工砂混凝土所占有的份額必然會逐步增加。

在國外（wài），美國，英國，日本等國家使用人工砂已有（yǒu）幾十年（nián）的（de）曆史。美國地（dì）質勘探局（jú）根據（jù）資源利用率和環保的需要，在1996年對人工砂及其（qí）母岩進行過調查，結果顯示人工砂大致占細骨料的20％。日（rì）本在上（shàng）世紀（jì）80年代，天然集料與人工集（jí）料的（de）使用（yòng）比例大約（yuē）為0.9:1，而到90年代則降為0.5:1。

2.人（rén）工砂的技術標準

不同國家製定的人工（gōng）砂技術標（biāo）準不論是級配，細度模數還是石粉含量存在差異（yì）。愛石粉的含量方（fāng）麵上，我國與國外在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》是根據混凝土耐磨要求進行規定的;英國標準BS882:1992《用於混凝（níng）土的石料》則根據重載混凝土路麵和（hé）普通混凝土規定人（rén）工砂石粉（fěn）含量的要求；日本標準JIS A 5005:1993《混凝土碎石人工砂》對（duì）用於（yú）混凝土人工砂石粉含量的要求是統一的；我國國家標準GB/T14684-2001<建築用砂》則按混凝土強度等級規定人（rén）工（gōng）砂中石粉（fěn）含量。在（zài）我國的地方標準（zhǔn）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（kòng）製方法》等也（yě）均采用按（àn）照強度等級的方法來規定石粉的含量。不同國家的（de）標準中隊混凝土人（rén）工砂石粉（fěn）的含量的限製是不同的。我（wǒ）過不同地方標準中隊混凝土人工砂十分含量的較高限值也（yě）有所不同。

中（zhōng），日，美對石粉含（hán）量限製比（bǐ）較嚴格（gé）。由於正常人工砂生產（chǎn）線過程中會產生10％左右（yòu）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（shā）的使用（yòng）。我國哦不同的省市也（yě）存在不同的標準要求（qiú）。相關的研究表明，人工（gōng）砂的石（shí）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《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》征求意見（jiàn）稿中，提（tí）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. 人工（gōng）砂的性能特征

與天然砂相比，人工（gōng）砂自身有明顯的特點（diǎn）。它的（de）顆粒與形狀多呈三角形或方矩體（tǐ），表麵粗糙，棱角尖銳，一般球形度比（bǐ）天然砂小（xiǎo），目前，人工（gōng）砂多（duō）為級配可以調整，含（hán）有一定量的石粉的中粗砂。由於全國各（gè）地生產人工砂的母岩，生產工藝和設備不同，生產出的人工砂質量相差很（hěn）大。人工砂的（de）質量主要受粒形（xíng）、細度模數、級配、石粉含量等影響。現行標準中，隻要根據（jù）3個因素進行規（guī）定，從而確定人工砂（shā）的質量穩（wěn）定。

1：人工（gōng）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（wéi）6個類別：圓形、不規則行、角錐形、長條形和扁長形。人工砂（shā）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）的形狀對緊（jǐn）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，它不僅有利於緊密堆積，更有利於增加混凝土的工作性。一般來說，製砂設備導致的（de）顆粒形（xíng）狀中：棒模式、錘式（shì）破碎機和衝擊式破碎機等優於反擊式破碎機、圓錐式破碎機（jī）和旋盤是、顎式破碎機、輥式破碎機和旋回式較差，但前者製造成本（běn）較高。北京恒坤拓峰（fēng）采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（lì）形（xíng）狀方正效（xiào）率高，細度模式可（kě）控（kòng）製偉（wěi）2.4~3.0，石粉（fěn）含量為（wéi）2%~18%，同事，幹法生產解決了除塵問題。

人工砂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（guī）則與否影響到集料（liào）自身的緊密堆積成都和空（kōng）隙率大小，從而影響填充集料空隙的水泥漿體的體積。（2）不（bú）規（guī）則的粒形具有更（gèng）大的（de）比表麵積，它需（xū）要的（de）包（bāo）裹（guǒ）漿體體（tǐ）積同樣增加。（3）人工砂行政影響新拌混凝土工作性能及它（tā）與水泥漿體界麵的機械齧合力等。

2.人工砂的細度模數

對於定製生產的人（rén）工砂，其細度模數是可以控製的。在生產工藝中，通過調節不同篩分（fèn）的（de）比例達到預定的細度（dù）模數。對（duì）於加碎石篩除的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒級配（pèi）並（bìng）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（zhì）。對於細度模數不合適的人工砂，可（kě）以與天然中砂或細砂等通過實驗確（què）定（dìng）混合（hé）比例後使用。

前麵所提及的水利、水電工程中，人工砂的（de）細度模數大多控（kòng）製在3.0以下。如（rú）三峽大（dà）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為（wéi）2.9；吳江構皮灘電站人工砂的細度模數為（wéi）2.5；天堂（táng）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工砂一般為中粗砂。北京市建築市場目（mù）前存在兩種人工砂：一是完全替代天然砂的人工砂，這種人工砂細度模數較（jiào）小，一般在3.0以下。二是與天然砂混合使用的人工（gōng）砂，它（tā）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料中的粗顆粒比例偏大，而（ér）0.315mm以下的比（bǐ）例較小。這（zhè）種人工砂自身很難（nán）達（dá）到較緊密堆積狀態，從而（ér）增加了混凝土中膠凝材料的總量，並影響到回南寧台的各（gè）種性能（néng）。對於過粗的人工砂，一般（bān）是（shì）采用天然粉砂來補充小於0.315mm部分，從而控製混合砂的細度模數在中砂範圍之內。如果想是想人工砂完全替（tì）代天然（rán）砂的目的，就必須通過選擇人（rén）工砂設備和控製生產工藝來生產細度模（mó）數小於3.0，級配優良的優質人工砂。

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（pèi）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）緊密的堆積狀態，此時（shí）空隙率（lǜ）較（jiào）小。人工砂（shā）的級配範圍從幾個μm到4.75mm，其中石粉的平均粒徑一般為30μm~40μm，並起到微填充（chōng）的作用。當人工砂顆粒（lì）從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼此相互（hù）填充時，較後（hòu）的（de）空隙需要一定量的十分來填充。從級配及堆積的角度來考（kǎo）慮，適量的石（shí）粉含量是（shì）有益的。由於當（dāng）前國家標準中十分含量的限製很低（dī），很（hěn）多人工砂（shā）生產（chǎn）企（qǐ）業采用水洗或者（zhě）風選方式來除去超標的石粉，但與此同時（shí）破壞了（le）人工砂的級配。當（dāng）石（shí）粉行兩小於3%，細度模數較大，此時人工砂的級配一般都比（bǐ）較差，表現為空隙率比較大。我們在調研過程中發現：有的人工砂砂石粉含量2.5%、細度模數4.3，其鬆散（sàn）堆積（jī）空隙率為52.6%；石粉含量14.8%、細度模數2.7的人工砂的鬆散堆（duī）積空隙率為34.3%。

人工砂的級配直接影響到混凝土中膠凝材料用量。級配優良的集料自身緊密堆積後（hòu），僅僅需要少量的膠凝材料填充集料的（de）空隙並黏結顆粒。當集料級配較差時，此時具有較大的空隙（xì）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，骨料顆粒隻講摩（mó）擦（cā）力也隨（suí）之增長，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（níng）材料用量與工作性能（néng）的協（xié）調。當人工砂中的石粉含量少而且級（jí）配較差時，混凝（níng）土拌合物更加（jiā）容（róng）易產（chǎn）生離析、泌水現象，這種現象在低（dī）強（qiáng）度貧漿（jiāng）混凝土中表現更為明顯。當石粉（fěn）的級配較好時，隨著混凝土中十分摻量的增（zēng）加，混凝土黏度逐漸變大。對於產生泌（mì）水現象的混凝（níng）土，可以（yǐ）通過加入石（shí）粉的（de）方（fāng）法來改善混凝土的工作性（xìng）能。

4.人工砂（shā）的石粉含量

石粉是指人工砂中粒（lì）徑小於75μm的（de）顆粒含量。含泥量是指（zhǐ）天然砂中粒（lì）徑小於75μm的顆粒含量。在（zài）人工砂生產過程（chéng）中不可避免（miǎn）的灰帶入（rù）泥。國家標準GB/T14684-2001規（guī）定（dìng）通過（guò）亞甲藍實（shí）驗來判斷粉體材料是石粉還是（shì）泥以及它們的相對（duì）比例（lì）。國標規定亞（yà）甲藍實驗的MB值應小於1.4，很多人工砂（shā）生產逛街控製MB值在0.5以下，以減小人（rén）工砂含（hán）泥帶鬼混凝土的負麵影響。

石（shí）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更加（jiā）明顯，此時石粉主要作（zuò）為一種有益（yì）的惰（duò）性材料（liào），起到類似於（yú）礦物摻和料的填充作用（yòng），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（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（jīng）很多，加入過量石粉會增加相應的（de）黏度，congenial影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應、品核效應和活性（xìng）效應（yīng）。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（xìng）能。石粉對混凝土耐久性能的影響主要體現在下麵幾個方麵：（1）混凝（níng）土的收縮：石粉含量（liàng）會增大（dà）混凝土幹縮，隨著含量的（de）增大，趨勢更加明顯。因此，對人（rén）工砂混凝土需要加強（qiáng）早期養護。但磨細粉煤灰的加入，有效降低了這種幹縮在高強人工（gōng）砂混凝（níng）土中的發展（zhǎn）；（2）混凝土（tǔ）的抗摻性及抗凍（dòng）性：在一定範圍內，隨著石粉含量的增加，混凝土密實度提高，混凝（níng）土的抗壓強度、抗折強度相應的增加。有研（yán）究人員利用石粉含量（liàng）11.1%的人工砂配製28d強度為283.MPa~53.2MPa的高性能混（hún）凝土，結果表（biǎo）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（xìng）高於天然砂，具有優異（yì）的抗凍性能。對硬（yìng）化人工砂混凝土進行（háng）SEM分析，發現人工砂與水泥水化凝膠（jiāo）結合緊密，界麵處無裂縫，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（tǔ）耐久性得以提高。

三、人工砂高強（qiáng）混凝土的研究（jiū）與（yǔ）應用

隨著各種高效減水劑（jì）的廣泛（fàn）應用，混凝土進一步（bù）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額越來越大，進行人工砂（shā）高強混凝土的（de）研究與應用（yòng）具（jù）有重要（yào）的實際意義。

機製混凝土配合比（bǐ）設計應采用JGJ55-2000《普通混凝（níng）土配合（hé）比設計規程》的規定（dìng）。砂率的選擇主要根據人工砂自身的細度模數、石粉含量、混凝土強度等級及其他材料的情況經實驗（yàn）確定。石料含量高的人工砂可（kě）以采用較低的砂率，細度模數大的人工砂宜選擇較高的砂率。由於人工砂的（de）表（biǎo）麵粗糙、多（duō）棱角，機械齧合力（lì）比較強，顆粒之間的摩擦力相對大，人工砂（shā）混凝土單（dān）位（wèi）用水量比天然砂混凝土要（yào）適當（dāng）增（zēng）加。

從全級配的角度（dù）來考慮，配製人工砂高強混（hún）凝土的關鍵之一是要有（yǒu）優良的集料。對於人工砂來說，就是要有合適的細度模數（shù）、石（shí）粉含量、良好的級配以及較好的粒形。由（yóu）於高強混凝土是富漿混凝土，所以石粉的含量不宜（yí）太多，同時（shí）要通過調整人工砂的細度（dù）模數與級配（pèi）來保證混凝土具有（yǒu）優良的工作性能、力學性能和耐久性能。

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