從20世紀60年代起，我過就（jiù）在一些水利·水電工程及土木建（jiàn）築（zhù）工程中開展人工砂的研究與應用，經過40多年的發展已經積累（lèi）了（le）豐富的經驗並形（xíng）成（chéng）了係統（tǒng）的理論。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。四川等省份較（jiào）早開展人工砂的研（yán）究工作。自上世紀九十年代以來，由於各種（zhǒng）工程建設的急劇增多和（hé）天然（rán）砂的資源缺乏，北京，上（shàng）海，河南等（děng）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！
成（chéng）功應用人工砂的水利，水電工程很多。如三（sān）峽大壩二期（qī），三期工程中全部采用花崗岩（yán）人工砂作細骨料：龍灘水電（diàn）站的混凝土方量為575.6萬m3，采用石（shí）灰岩人工砂（shā）作細骨料：烏江構皮灘電站采用（yòng）灰岩生產人工砂：湖北宣恩（ēn）洞坪水利樞紐工程采用灰（huī）岩生產人工砂（shā）及人工碎石：湖北天堂抽（chōu）水蓄能電站，皂市水利樞紐工程采用灰岩生產人工砂（shā），施工時則采用天然砂與人工砂混合（hé）的辦法。
很多橋梁工程（chéng）也廣泛應用人工砂（shā）。如株洲：六盤水鐵路複線南（nán）山河特大（dà）橋（qiáo）使用人（rén）工砂做細骨料配製C55超緩混凝土，重慶嘉陵（líng）江黃花園大（dà）橋主橋箱結構（gòu）也（yě）使用的人工砂和特細砂混摻的（de）C50混凝（níng）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混凝土全為人工砂混凝土。此（cǐ）外，北京恒坤混凝土郵箱（xiāng）公司和北京恒（héng）坤拓峰采石（shí）有（yǒu）限公司采用幹法生產石灰石人工砂，在1年多的時間裏累計生產商品混凝土40多萬（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，取得了很好（hǎo）的效果（guǒ）。2005年北京地區人工砂（shā）的產量已占據混凝土建築用（yòng）砂的10％左右。隨著人們對人工（gōng）砂認（rèn）識的逐漸深入，以及人工砂質量（liàng）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（guó）外，美國，英國，日本等國家使用人工砂已有幾十年的曆史（shǐ）。美國地質勘探局（jú）根據資源利用率和環保的需要，在1996年對人工砂及其母岩進行過調查（chá），結果顯示人（rén）工（gōng）砂大致占細骨料的20％。日本在上（shàng）世紀80年代，天然集料（liào）與人工集（jí）料的使用比（bǐ）例大約為0.9:1，而到90年代則降為0.5:1。
不同國家製（zhì）定的人工砂技術標準不論是級配，細度模數還是（shì）石粉含量存在差異（yì）。愛石粉的含量方麵上，我國與國外在（zài）規定含量時考慮角度明顯不同。美國標（biāo）準ASTM C33-1999《混凝土集料標準規範》是根據（jù）混凝土耐磨要求進行規定的;英國標準（zhǔn）BS882:1992《用於混凝（níng）土的石料》則根據（jù）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《混凝土碎石人工砂》對用（yòng）於混凝土人工砂石粉含量的要求是統一的；我國國家（jiā）標準GB/T14684-2001<建築用砂》則按（àn）混凝（níng）土強度等級規（guī）定人工砂中石粉含量。在（zài）我國的地方標準中，貴州省DBJ22-016-95《山砂混凝土技術規範》和重慶市DB50/5017-2000《混凝土用人工砂質量標準及控製方法》等也（yě）均采用按照強度等級的方法來規定石粉的含量。不同國家的標準（zhǔn）中（zhōng）隊混凝（níng）土人工砂石粉的含量的限製是不同（tóng）的。我過（guò）不同地方標準中隊混凝土人工砂十分含量的（de）較高限值也有所不同。
中，日，美對石粉（fěn）含量限製比較嚴格。由於正常人工砂生產線過程中會產生10％左（zuǒ）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用。我國哦不同的省市也存在不同的標準要求。相關的研究表明（míng），人工砂的石粉含量可以比現行國標放寬一些，較近（jìn），我國擬修訂的建工行業標準JGJ52《普（pǔ）通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》征求意見稿中，提出將人工（gōng）砂中（zhōng）的石（shí）粉含量放寬為5％（大（dà）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。
與天然砂相比，人工砂自身有明顯的特點（diǎn）。它的顆（kē）粒與形狀多呈三角形或方矩體，表麵粗糙，棱角尖銳，一般球形度比（bǐ）天然（rán）砂小，目前，人工砂多（duō）為級配可以調（diào）整，含有一定量（liàng）的石粉的中粗（cū）砂。由於全國各地生產人工砂（shā）的母岩，生產工（gōng）藝和設備不同，生產（chǎn）出的人工砂（shā）質量相差很大。人工砂（shā）的質量主要受粒形、細度模數、級配、石粉含量等影響。現行標準（zhǔn）中（zhōng），隻要根據3個因（yīn）素進（jìn）行規定，從（cóng）而確定人工砂的質量穩（wěn）定。
英國（guó）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（xíng）、不規則行、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，關隨著母岩（yán）種類。人工砂設備不同而（ér）變化。顆粒的（de）形狀對（duì）緊密堆積存在重要影響，實際應用中更（gèng）加期望（wàng）獲得圓形的顆粒，它不僅（jǐn）有利於緊密堆積，更有利於（yú）增加混凝土的工作性。一般來說，製砂設備（bèi）導致的（de）顆粒形狀中：棒模式、錘式破碎機和（hé）衝擊式（shì）破碎機等優於（yú）反擊式破碎（suì）機、圓錐式破碎（suì）機和旋（xuán）盤是、顎式（shì）破碎機、輥式破碎機和旋回（huí）式較差，但（dàn）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（shì）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（hán）量為2%~18%，同事，幹法生產解決了除塵問題。
人工砂的（de）粒形（xíng）對混凝土的影響主要體（tǐ）現在下麵幾個方麵：（1）粒形的規則與否影響到（dào）集料自身（shēn）的緊密堆積成都和空隙率大小，從而影響填充集料（liào）空隙的水泥漿體的體積。（2）不規則的粒形具有更大的比表麵積，它需要的包（bāo）裹漿體體積同樣增加。（3）人工砂行（háng）政影響新（xīn）拌混凝土工作（zuò）性能及它與水泥漿體界麵的機械齧（niè）合力等。
對於定（dìng）製生產的人工砂，其細度模（mó）數是可以控製（zhì）的。在生產工藝（yì）中，通過調（diào）節不同篩分的（de）比例達到預定的（de）細度模數。對於加（jiā）碎石篩除（chú）的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒級配並沒有嚴格（gé）按照相關（guān）標準來配製，所以細度模數相差很大，使用（yòng）時要認真選擇控（kòng）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（tōng）過實驗確定混合比例後（hòu）使用。
前麵所提及的水利、水電工程中，人工（gōng）砂的細度模數大（dà）多控製在3.0以（yǐ）下。如三峽大壩中花崗（gǎng）岩人工砂的細度（dù）模數為2.7；龍灘水（shuǐ）電站中人工砂的細度模數為2.9；吳江構皮灘電站人工砂的細度模（mó）數為2.5；天（tiān）堂抽水蓄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般為中粗砂。北京市（shì）建築市場目前存在兩種人工砂：一是完全（quán）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，它的細度模數偏高，一般在3.0以上，個（gè）別達（dá）到4.4以上。過大的細度模數表明集料中的粗顆粒比例（lì）偏大，而0.315mm以下的比例較小。這種人工砂自身很難達到（dào）較緊（jǐn）密堆積狀（zhuàng）態，從而增加了混（hún）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（yú）過粗的人（rén）工砂，一般是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（mó）數在中砂範圍之內。如果想是想人工砂完（wán）全替代（dài）天然砂的目的，就必須通過選擇人工砂設備和控製生產（chǎn）工藝來生產細度模數小於3.0，級配優良的優質人工砂。
對於相同（tóng）粒形的集料來說，總存在著優良（liáng）的級配。優良的級（jí）配意味（wèi）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，此時空隙率較小（xiǎo）。人工砂的（de）級配範圍從幾個（gè）μm到4.75mm，其中石粉的平均粒徑一（yī）般為（wéi）30μm~40μm，並起到微填充的作用。當人工砂顆粒（lì）從（cóng）4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼（bǐ）此相互填充時，較後的空隙需要一定量的十（shí）分來填充。從級配及堆積的角度來考慮，適量的石粉含量是有益（yì）的。由於當前國家（jiā）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（shì）來除去（qù）超（chāo）標的石（shí）粉，但與此同時破壞了人工砂的級配。當石粉行（háng）兩小於3%，細度模數較大，此時人工砂的級（jí）配一般都比（bǐ）較差，表現為空隙率（lǜ）比（bǐ）較（jiào）大（dà）。我們在調研過程中發（fā）現（xiàn）：有的人工砂砂石粉含（hán）量2.5%、細度模數4.3，其鬆散堆積空隙率為（wéi）52.6%；石粉含（hán）量14.8%、細度模數2.7的人工砂的鬆散堆積空隙率為34.3%。
人工砂的級配直接影響到混凝（níng）土中膠凝材（cái）料用量。級配優良的集料自身緊密堆積後，僅僅需要少量的（de）膠凝材料填充集料的（de）空隙並黏結顆（kē）粒。當集料級配較差時，此時具有較大的空隙率，則需要更多的膠（jiāo）凝（níng）材料來填充空（kōng）隙（xì），但（dàn）成本增加。當然隨著緊密（mì）堆積程度（dù）加大，骨料顆粒（lì）隻講摩擦力也隨之增長，對混凝土工作性能產生影響。存在較近的顆粒（lì）級配（pèi），同時（shí）滿足膠凝材（cái）料用量與工作性能的協調。當人工砂（shā）中的石粉含量少而且級配較差時（shí），混凝土拌合物更加容易產生離析、泌水現象，這種現象在低強度貧漿混凝土（tǔ）中表現更為明顯。當石粉的級配較好時，隨著混凝土中十分摻量的增加，混凝土黏度逐漸變大（dà）。對於產生泌水現象的混凝土，可以（yǐ）通過（guò）加入石粉的方法來改善（shàn）混凝土（tǔ）的工作性能。
石粉是指人工砂中粒徑小於75μm的（de）顆粒含量。含泥量是（shì）指天然砂中粒徑小於75μm的顆粒含量。在（zài）人工砂生產過程中不可避免的灰帶入泥。國家標準GB/T14684-2001規定通過亞甲藍實驗來（lái）判斷粉體材料是石粉（fěn）還是（shì）泥以及它們的相對比例。國標規定亞甲藍實（shí）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，以減小人工砂含泥帶鬼混凝（níng）土的負麵影響。
石（shí）粉的較佳摻量還（hái）與混（hún）凝土等（děng）級（jí）有關（guān）。在低強度等級貧漿混凝土中石粉作（zuò）用更加明顯，此時石粉主要作為（wéi）一種有益的惰性材料（liào），起到類似於礦物摻和料的填充作用，石粉的化學相對要比（bǐ）礦物摻和料（liào）的填充作用，石（shí）粉的化學相對要比礦物摻和料小的多。在高強混（hún）凝土華總膠凝材料總（zǒng）量本身已經很多，加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（fěn）在混凝土中的作用主要表現為填充效應、品核效應和（hé）活性效應。因此，石粉不僅影（yǐng）響到混凝土的工作（zuò）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幾個方麵：（1）混（hún）凝土的收縮：石粉含量會增大混凝土幹（gàn）縮，隨著含量的增大，趨（qū）勢更加明顯。因此，對人（rén）工砂混凝土需要加強早期養護。但磨細粉煤灰的加入，有效降低了這種幹縮在高強人工砂混（hún）凝土中的（de）發展；（2）混凝土的抗摻性及抗凍性：在一定範圍內，隨著石粉含量的增加，混凝土密實度提高，混凝土的抗壓強度、抗折強度（dù）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強度為283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果（guǒ）表明人工砂（shā）混（hún）凝土的抗滲性和天然砂相（xiàng）同，具有較低的氮離子擴散係數，抗氮（dàn）離子滲透性高於天然砂（shā），具有（yǒu）優異的抗凍性能。對（duì）硬化人工（gōng）砂混凝土進行SEM分析，發現人工砂與水泥水化凝膠結合緊（jǐn）密，界麵處無裂（liè）縫，幾乎分不出兩者界限。正是這種界麵的強化使（shǐ）得人工砂混凝土耐久性得以提高。
隨著（zhe）各種高效減水劑的廣（guǎng）泛應用，混凝土進一步向高強（qiáng）、高性能（néng）等方向發展。由於人工砂在（zài）混凝土用砂中（zhōng）的（de）市場份額越來（lái）越大，進行人工砂高強混凝土的研究與應用具（jù）有重要的（de）實（shí）際意義。
機（jī）製混凝土配合比設計（jì）應采用JGJ55-2000《普通混凝土配合（hé）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（xì）度模數、石粉含量、混凝土強度等級及（jí）其他材料的情（qíng）況經（jīng）實驗確定（dìng）。石（shí）料含量（liàng）高的人工砂可以采用較（jiào）低的砂率，細度模數（shù）大的人工砂宜選擇較高的砂率（lǜ）。由於人工砂的表麵粗糙、多棱角，機械齧合力比（bǐ）較強，顆粒（lì）之間的（de）摩擦力相對大，人（rén）工（gōng）砂混凝土單位用水量比天然砂混凝土要適當增加。
從全級（jí）配的（de）角（jiǎo）度來考慮，配製人工砂（shā）高強混凝土的關（guān）鍵之一是要有優良的集料。對於（yú）人工砂來說，就是要有合（hé）適的細度模數、石粉含（hán）量（liàng）、良好的級配（pèi）以及較好（hǎo）的（de）粒形。由於高強混凝土是富漿混凝土，所以石粉的含量不（bú）宜太多，同時要通過調整人工砂的細度模數與級配來保證混凝（níng）土具（jù）有優良的工作性能、力學（xué）性能和耐久性能。
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