從20世紀60年代起，我過就在一些水利·水電工（gōng）程及土木建（jiàn）築工程中開展人工砂的研究與應（yīng）用，經過40多年的發展（zhǎn）已（yǐ）經積累了豐富的經驗並形成了係統的理論。受自然環境的影（yǐng）響，我國缺少（shǎo）優質天然砂，而（ér）富有石灰岩的貴（guì）州。四川等省份較早開展（zhǎn）人工砂的研究工作。自（zì）上世紀九十年代以（yǐ）來，由於各種工程建設的急劇增多和天然砂的資（zī）源缺乏，北京，上海，河南等省市也相繼開展人工砂的研究（jiū）。人工（gōng）砂的應用可以更（gèng）好的保護環（huán）境，節約成本，實現可持續發展，應用人工砂（shā）代替天然砂已勢在（zài）必（bì）行！
成功應用人工砂的（de）水利，水電工程很多（duō）。如三峽大壩二期，三期工程（chéng）中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（wàn）m3，采用石灰岩人工砂作細（xì）骨料：烏江構皮灘電（diàn）站采用灰（huī）岩生產人工砂：湖北宣恩（ēn）洞坪水利樞紐工程采用灰岩生產人（rén）工砂及人工碎石：湖北天堂抽水蓄能電（diàn）站，皂市水利樞紐工程采用灰岩生產人工砂，施工時則采用（yòng）天然砂與（yǔ）人工砂混合的辦法。
很多橋梁工程也廣泛應用（yòng）人（rén）工砂。如株洲：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（huā）園大（dà）橋主橋（qiáo）箱結構也使用的人工砂和特（tè）細砂混（hún）摻的C50混凝土，均取得較好的應（yīng）用效果。
在商品混凝土（tǔ）應用方麵，北京世紀財富（fù）中心C60混（hún）凝土全為人工砂混凝土。此外，北京恒坤混凝土郵箱公司和（hé）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年多的時間裏累計生（shēng）產商品混凝土40多萬 m3，多數使（shǐ）用（yòng）純（chún）人工砂，石粉含量應用範圍達8％~15％，應用於各種工程，取得了很好的（de）效果。2005年北京地區人工砂（shā）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（rù），以及人工砂（shā）質量的進一步（bù）提高，人工砂（shā）混凝（níng）土所占有的份額必然會逐（zhú）步增加。
在國外，美國，英國，日本（běn）等國家（jiā）使（shǐ）用人工砂已有幾十年（nián）的曆史。美（měi）國地質勘探局根據資（zī）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，結果顯示人工砂大致占細骨料的20％。日（rì）本在上世紀80年代，天然集料與人（rén）工集料的（de）使（shǐ）用（yòng）比例大約為0.9:1，而到90年代則降為0.5:1。
不同國（guó）家製定（dìng）的人工砂技術標準不論是級配，細度模數（shù）還是石粉含量存在（zài）差異。愛石粉的含量方麵上，我國與國外在規（guī）定含量時考慮角度明顯不同。美國標準ASTM C33-1999《混（hún）凝土集料標準規範》是（shì）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（liào）》則根據重載混凝土路（lù）麵和普通混凝土規（guī）定（dìng）人工砂（shā）石粉含量的要（yào）求（qiú）；日本標準JIS A 5005:1993《混凝土碎石人工砂》對用於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（jiàn）築用砂》則按混凝土強度等級規定人工砂（shā）中石粉含量。在我國的（de）地（dì）方標準中，貴州省DBJ22-016-95《山砂混凝土技術規範》和重慶（qìng）市DB50/5017-2000《混凝土用人工砂質量標準及（jí）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量。不（bú）同國家的標準中隊混（hún）凝土人工砂石粉的含（hán）量的限製是不（bú）同的（de）。我過不（bú）同地方標準中隊混凝土（tǔ）人工（gōng）砂十分含量的較高限值也有所不同。
中（zhōng），日（rì），美對石粉含量限（xiàn）製比較嚴格。由於正常人工砂生（shēng）產線過程（chéng）中會產生10％左右的石粉（fěn），嚴格的（de）石粉含量增加了人工（gōng）砂的生產成本，同時限製了人（rén）工砂的使（shǐ）用（yòng）。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，人（rén）工砂的石粉含量（liàng）可以比現行國標放寬一（yī）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（yì）見（jiàn）稿中，提出（chū）將人（rén）工砂中的石粉含量放寬為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（gōng）砂的推廣應用（yòng）將有積極的促（cù）進作用。
與天然砂相比，人工砂自身有明顯的（de）特點（diǎn）。它的顆（kē）粒與形狀多呈（chéng）三角形或（huò）方矩體，表麵粗糙，棱角尖銳，一般球形度比天（tiān）然砂（shā）小，目前，人工砂多為級配可以調整，含有一定量的石粉的中粗砂。由於全國各地生產人工砂的（de）母岩，生產工藝和設備不（bú）同，生產出的人工砂質量相差很大。人（rén）工砂的（de）質（zhì）量主要受粒形、細度模數（shù）、級配、石粉含（hán）量等影響。現行標準中，隻要根據3個因素（sù）進行規定，從而確（què）定人工砂的質量穩定。
英國標準BS882:1992《用於混凝土的史料》中（zhōng）對石料形狀分為6個類別：圓形、不規則行、角錐形、長條形和（hé）扁長形（xíng）。人工砂的粒形主要為角（jiǎo）錐形和不規則行，關隨著母（mǔ）岩種類。人工砂設備不同而（ér）變化。顆粒的形狀（zhuàng）對緊密（mì）堆積存在重要影響，實際應（yīng）用中更（gèng）加期望獲得圓形的顆粒，它（tā）不僅有利於緊密（mì）堆積，更有利於增加混（hún）凝土的工作（zuò）性。一般來說，製砂設備導致的顆粒形狀中：棒模式、錘式破碎機（jī）和衝擊式破碎機等優於反擊式破碎機、圓錐式破碎機和旋（xuán）盤是、顎式（shì）破碎機、輥（gǔn）式破碎機和旋（xuán）回式較差，但前者製造成本較高。北京恒（héng）坤拓峰采石有限公司采用反擊式破（pò）碎機和立軸式（shì）破碎機（jī）生產的顆粒形狀方正（zhèng）效率高，細度模式可（kě）控（kòng）製偉2.4~3.0，石粉含量為2%~18%，同事，幹（gàn）法生產解決了除塵（chén）問題。
人工砂的粒形對混（hún）凝土（tǔ）的影響主要體現在（zài）下麵（miàn）幾個方麵：（1）粒形的規則與否影響到集料（liào）自身的緊密堆積成都和空隙率大（dà）小，從而影響填充集料空隙的水泥漿體的體積。（2）不規則的粒形具有更（gèng）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土工作性能及它與水泥漿體界（jiè）麵的（de）機械齧合力等。
對於定製生（shēng）產的人工砂，其細度模數是可以控製的。在生產工（gōng）藝中，通過調節不同篩分的比例（lì）達到預（yù）定的細度模數（shù）。對於加碎（suì）石篩（shāi）除的小於4.75mm的石屑，由於其顆粒級（jí）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（kòng）製。對於細度模數不合適的人工砂，可以與天然（rán）中砂或細砂（shā）等通過實驗確定混合比（bǐ）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（dà）多控製在3.0以下。如三峽大壩中花崗岩人工砂的細度（dù）模數為2.7；龍灘水電站中人工砂的細度（dù）模（mó）數為2.9；吳江（jiāng）構皮灘電站人工砂的細（xì）度模數為2.5；天堂抽水蓄能電站人工砂的細度模數（shù）為（wéi）2.5。在（zài）商品混凝土中使用的人工砂一般為中粗砂。北京市建築市場目前存在兩種人工砂：一是（shì）完全替代天然砂的人（rén）工砂，這種人工砂細（xì）度模數較小，一般在3.0以下。二（èr）是與天然砂混合使用的人工砂（shā），它的（de）細度模（mó）數偏高，一般在（zài）3.0以上，個別達到4.4以上。過（guò）大的細（xì）度模數表明集料中的（de）粗顆粒比例偏大，而0.315mm以下的比例較小。這種人工砂自身很難達到較緊密堆積狀態，從而增（zēng）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（gōng）砂，一般是采（cǎi）用天然粉砂來補充小於0.315mm部分，從而控製混（hún）合砂的細度模數在中（zhōng）砂範圍之內。如果想是想人（rén）工砂完（wán）全替代天然砂的（de）目的，就必須通過選擇人工砂設備和控製生（shēng）產工藝來生產細度模數小（xiǎo）於3.0，級配（pèi）優良的優質人工（gōng）砂。
對於（yú）相同粒形的集料來說，總存在（zài）著優良的級（jí）配。優良的級配意味著集料自身（shēn）能夠通過大小顆粒的較佳比例來接近較緊密（mì）的堆積狀態，此時空隙率較小。人工砂的級配範圍從幾個μm到4.75mm，其中石（shí）粉的平均粒徑一般為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彼此相互填充（chōng）時，較後的空隙需要（yào）一定量的十分（fèn）來填充。從級（jí）配及堆積的角度來考慮，適量的石粉（fěn）含量是有益的。由於當前國家標準中（zhōng）十分（fèn）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來除去超標（biāo）的石粉，但（dàn）與此（cǐ）同時破（pò）壞了人工砂的級（jí）配。當石粉行兩小於3%，細度模數較大，此（cǐ）時人工砂的級配一般都比較差，表現為空隙率比較大。我（wǒ）們在調研過程中發現：有的人工（gōng）砂砂（shā）石粉含量2.5%、細度模數4.3，其鬆散堆積空隙率為52.6%；石粉（fěn）含量14.8%、細度模數2.7的人工砂的（de）鬆散堆積空隙率為（wéi）34.3%。
人工砂的（de）級配直接影響（xiǎng）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，僅僅（jǐn）需要少（shǎo）量的膠凝（níng）材料填充集料的空隙並黏結顆粒。當集料（liào）級配較差時，此時具有較大的空隙率，則需要更多的膠凝（níng）材料來填充空隙，但成本增加。當然隨著緊密堆積程度加大，骨料顆粒隻講摩擦力也隨之（zhī）增長（zhǎng），對混（hún）凝土工作性能產生影（yǐng）響。存在（zài）較近的顆粒級配，同時滿足（zú）膠凝材料用量與工作性能的協調。當人工砂中（zhōng）的石粉含量少而且級配較差時，混凝土拌合（hé）物更加容易產生離析、泌水現象，這種現（xiàn）象在低強（qiáng）度（dù）貧漿混凝土中表現更為明顯。當石（shí）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。對於產生泌水現象的混凝土，可以通過加入石粉的方法來改善混凝土的工作性能。
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（rán）砂中粒徑小於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（dìng）通（tōng）過（guò）亞甲藍（lán）實驗來判斷粉體材料是石粉還是泥以及它（tā）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（xià），以減小人工（gōng）砂含泥帶鬼混凝土的負麵影響（xiǎng）。
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（shí）粉作用更加明顯（xiǎn），此時石粉主要作為（wéi）一種有益的惰性材料，起到（dào）類似於（yú）礦物摻和料的（de）填充作（zuò）用，石粉的化（huà）學相對要比礦物摻和（hé）料的（de）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（liàng）本身已經（jīng）很（hěn）多（duō），加入過量石粉會增加相應的黏度，congenial影響到混凝土的（de）各種性能。
石粉在混凝土中的作（zuò）用主要表現為填（tián）充效應、品核效應和活性效應。因此，石粉不（bú）僅影響到混凝土的工作（zuò）性（xìng）能、力學性能，還影（yǐng）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（zài）下麵幾個方麵：（1）混凝土的收縮：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）工砂混凝土需要加（jiā）強早期養護。但磨細（xì）粉煤灰（huī）的（de）加入，有效降低了這種（zhǒng）幹縮在高強人工砂混凝土（tǔ）中的發展；（2）混凝土的抗摻性及抗凍（dòng）性：在一定範圍內，隨著石粉含量的增（zēng）加（jiā），混凝土密實度提高（gāo），混凝土的（de）抗壓強度、抗折強度相應的（de）增加。有（yǒu）研究人員利用石粉含量11.1%的人工砂（shā）配製28d強度為283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果表明人工砂混凝土（tǔ）的抗滲性和（hé）天然砂相同（tóng），具有較低的氮離子擴散係數，抗氮離子滲透性高於天然砂，具有優異的抗凍性能。對硬化人工砂混凝土進行SEM分析，發（fā）現人工砂與（yǔ）水泥（ní）水化（huà）凝膠結合緊密，界麵（miàn）處（chù）無裂縫，幾乎分不出兩者界（jiè）限。正是這種界麵的強化使得人工砂混凝土耐久性（xìng）得以提（tí）高。
隨著各種高效減水（shuǐ）劑的廣泛（fàn）應用，混凝土進一步向高強（qiáng）、高性能等方向發（fā）展。由（yóu）於人工砂在混凝土用砂中的市場份額（é）越來（lái）越大，進（jìn）行人工砂高強混（hún）凝土的研（yán）究與應用具有重要的實際意（yì）義。
機製（zhì）混凝土配（pèi）合比設計應采用JGJ55-2000《普（pǔ）通（tōng）混凝土配合比（bǐ）設計規程》的規定（dìng）。砂率的選擇主要根據人工砂（shā）自身的細度模數、石粉含量、混凝土（tǔ）強度等級及其他材料的情況（kuàng）經實（shí）驗確定。石料含量高的人（rén）工砂可以采用較低（dī）的（de）砂率，細度模數大的人工砂（shā）宜選擇較高（gāo）的砂（shā）率（lǜ）。由於人工砂的表（biǎo）麵粗糙、多棱角，機械齧合力比較強，顆粒之（zhī）間（jiān）的摩擦力相對大（dà），人（rén）工砂混凝土單位用（yòng）水量（liàng）比天然（rán）砂混凝土要適當增加（jiā）。
從全級配的角度來考慮，配製人工砂高強混凝土的關（guān）鍵之一是要有優良的集料。對於人工砂來說，就是要有合適的細度模數、石粉含（hán）量、良好的（de）級配以及較好（hǎo）的粒（lì）形。由於高強混凝土是富漿混凝（níng）土，所以石粉的含量不宜太（tài）多，同（tóng）時要通過調整人工砂（shā）的細度模數與級配來保證混凝土具有優良（liáng）的工作性能（néng）、力學性能和耐久性能。
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