從20世紀60年代起，我（wǒ）過就在一些水利·水電工程及土（tǔ）木建築工程中開展人工砂的研究與應用（yòng），經過40多年的發展已經積累（lèi）了豐富的經驗並形成了（le）係統的理論（lùn）。受自然環境的影響，我國缺少優質天然砂，而富（fù）有石灰岩的貴州。四川（chuān）等省份較早開展人工（gōng）砂的研究工作。自上世紀九十年代以來，由（yóu）於各種工程建設的（de）急劇增多和天然砂（shā）的（de）資源缺乏，北京，上海，河南等省市也相繼開展人工砂的研究。人工砂的應用可以更（gèng）好的保護環境（jìng），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！
成功應用人（rén）工砂（shā）的水（shuǐ）利，水電工程很多。如三峽（xiá）大壩二（èr）期，三期工程中全部采用（yòng）花崗岩人工砂作細骨料：龍灘水電站的混（hún）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：湖北宣恩洞坪水（shuǐ）利樞紐工程采（cǎi）用灰岩生產人工砂（shā）及人工碎石：湖北天堂抽水蓄（xù）能電站，皂市水利樞紐工程采用灰岩生產人工砂，施工時則采用天（tiān）然砂與人（rén）工砂混合（hé）的辦法。
很多橋（qiáo）梁（liáng）工程也廣泛（fàn）應用人（rén）工砂。如株（zhū）洲：六盤水鐵（tiě）路複線南山河特大橋（qiáo）使用人工砂做細骨料配製C55超緩混凝（níng）土，重慶嘉陵江黃花園大橋主橋箱結構也使用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（pǐn）混凝土應用方麵，北京世紀（jì）財富中心（xīn）C60混凝土全（quán）為人工砂混凝土。此外，北（běi）京恒坤混（hún）凝土郵箱公司和北京恒坤拓峰采石有限公（gōng）司采用幹法生產石灰（huī）石人工砂，在1年多的（de）時間裏累計生產商品混凝土（tǔ）40多萬 m3，多數使用純人（rén）工砂，石粉含量應用範圍達8％~15％，應用於各種工程，取得了很好的效果。2005年北京地區人工砂的產量（liàng）已占據（jù）混凝（níng）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（jí）人工砂質量的進（jìn）一步（bù）提高，人工砂混凝（níng）土所占有的份額（é）必然會逐步增加。
在國外（wài），美國，英國，日（rì）本等國家使用人工砂已有幾十年的曆史。美國地質勘探局根據資源利用率和（hé）環保的需要，在1996年對人工（gōng）砂及其母岩（yán）進行（háng）過調查，結果顯示（shì）人工砂大致占細骨料的20％。日本在上世紀80年代（dài），天然集（jí）料與人（rén）工集料的使用比例大約（yuē）為0.9:1，而到（dào）90年代則降為0.5:1。
不同國家製（zhì）定的人工砂技術標（biāo）準不論是級配，細度模數還是石粉含量存在差異。愛石粉的含量（liàng）方麵上，我國與國外在規定含（hán）量時考慮角度明顯不同。美國（guó）標準ASTM C33-1999《混凝土集料標準規範》是根據混凝（níng）土耐磨要求進行規定的;英國標準（zhǔn）BS882:1992《用於混凝土的石料》則根（gēn）據重載混凝土路麵和普通混（hún）凝土規定人工砂石（shí）粉含量（liàng）的要求（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（liàng）的要求是統一的；我國國家（jiā）標準GB/T14684-2001<建築用砂》則（zé）按混凝土強度等級（jí）規定人（rén）工砂中（zhōng）石粉含量。在我國的地方標（biāo）準中，貴州省DBJ22-016-95《山砂混凝土技術規範（fàn）》和重慶市DB50/5017-2000《混凝土用人工砂質量標（biāo）準及控（kòng）製方法》等（děng）也均采用按照強度等級的方（fāng）法來規定石粉的（de）含量。不同國家的標準中隊混（hún）凝（níng）土人工砂（shā）石粉的含（hán）量的（de）限製是不同的（de）。我過不同地方標準中（zhōng）隊混凝土人工砂十（shí）分含量（liàng）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（shā）生產線過程中會產生10％左右的石（shí）粉，嚴格的石粉含量（liàng）增加（jiā）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（guān）的研究表明，人工砂的石粉含量可以比現行國標放（fàng）寬一些，較近，我國擬修（xiū）訂的建工（gōng）行業標準JGJ52《普通混凝土用砂石質量標準及檢驗方法》征求意見稿中，提出將人（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），這對人工砂（shā）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（xiǎn）的（de）特（tè）點（diǎn）。它的（de）顆粒與形狀多呈三角形或方矩體，表麵粗糙，棱角尖銳，一般球形度比天然砂小，目前，人工砂多為（wéi）級配可以調整，含有一定量（liàng）的石粉的中粗砂。由於全（quán）國各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（gōng）砂的質量主要受粒形、細度模數、級配、石粉含（hán）量等影響（xiǎng）。現行標準中，隻要根據（jù）3個因素（sù）進行規定，從而確定人工砂的質（zhì）量穩定。
英國標準BS882:1992《用於混凝土的（de）史料》中對石料形狀分為6個類別：圓（yuán）形、不規則行、角錐（zhuī）形、長條形和扁長形（xíng）。人工砂的（de）粒形主要為角錐形和不規則行，關隨著母（mǔ）岩種類。人工砂設備不同而變化。顆（kē）粒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（yuán）形的顆粒，它不（bú）僅有利（lì）於（yú）緊密（mì）堆積，更有利於增加混凝土的工作性。一般來說（shuō），製砂設備導致的顆粒形狀中（zhōng）：棒模式、錘式破碎機和衝擊式破碎機等優於反擊式破碎機、圓錐式破碎機和旋盤是（shì）、顎式破碎（suì）機、輥式破碎機和旋回式較差，但前者製造成本（běn）較（jiào）高。北（běi）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的顆粒形狀方正效率高（gāo），細度模式（shì）可控製偉2.4~3.0，石粉（fěn）含量為2%~18%，同事，幹（gàn）法生產解決（jué）了除塵問題。
人（rén）工砂的粒形對混凝土（tǔ）的影（yǐng）響主要（yào）體現在下麵幾個方麵：（1）粒形的規則與否影響到集料自身（shēn）的緊密堆積成都和空隙率（lǜ）大小，從（cóng）而影響填（tián）充（chōng）集料空隙的水（shuǐ）泥漿體的（de）體積。（2）不規則的粒形具有更大的比表麵積，它需要的包裹漿（jiāng）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它與水泥漿體界麵的機械齧合力（lì）等。
對於定製生產（chǎn）的人工砂，其細度模數是可以控製的。在生產工藝中，通過調節不同篩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（kē）粒級配並沒有（yǒu）嚴格按照相關標準來配製，所以細度模數（shù）相差很大，使用時要認真選擇控製（zhì）。對於細度模（mó）數不合適（shì）的（de）人（rén）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。
前麵所提及的水利（lì）、水電工程中，人工砂的細度模數大多控製在3.0以下。如（rú）三（sān）峽大壩中花崗（gǎng）岩人工砂的細度模數為（wéi）2.7；龍灘水電站中人工砂的細（xì）度模數為2.9；吳江構皮灘電站人（rén）工砂的細度模數為2.5；天堂抽水（shuǐ）蓄能電站人工（gōng）砂的細度模（mó）數為2.5。在商品混（hún）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（gōng）砂（shā）：一是完全替代天（tiān）然砂的人工砂，這種人工砂細（xì）度模數較小，一般在（zài）3.0以下。二是（shì）與天然砂（shā）混合使用（yòng）的人工砂，它的細度模數偏高，一般在3.0以上，個（gè）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0.315mm以下的比（bǐ）例較小。這種人工砂自身很難達到較（jiào）緊密堆積（jī）狀態，從而增加了混凝土中膠凝材料的總（zǒng）量，並影響（xiǎng）到回南寧台的各種性能。對於過（guò）粗的人工砂，一般是采用天然粉砂來補（bǔ）充小於（yú）0.315mm部分（fèn），從而控製混合砂的細度模數在中砂範圍之內（nèi）。如果想是（shì）想人工砂完全替代天然砂（shā）的目的，就（jiù）必須通過選擇人工砂設備和控製（zhì）生產工藝來生（shēng）產細度模數小於（yú）3.0，級配優良的優質人工砂。
對於相同粒形的集料來說（shuō），總存在著優良的級配。優良的級配意味（wèi）著集料自身能夠通過大小顆粒的較佳比例來接（jiē）近較緊密的堆積狀態，此時空隙（xì）率較小。人工砂的級（jí）配範圍從幾個μm到4.75mm，其中石粉的平均（jun1）粒徑一般為30μm~40μm，並起到微填（tián）充的作（zuò）用。當人工砂顆粒從4.75mm、2.36mm、1.18mm~0.08mm彼（bǐ）此相互填充時，較（jiào）後的空隙需要一定量的十分來填充。從級（jí）配及堆積的角度來考慮，適（shì）量的（de）石粉含量是有益的。由於當前國家標準中十分含（hán）量（liàng）的限製很低，很多人（rén）工砂生產企業采用水洗或者風（fēng）選方式（shì）來除去超標的石粉，但與此同時破壞了人（rén）工砂的級配（pèi）。當（dāng）石粉行兩小於3%，細度模數較大，此時人工砂的（de）級配一般（bān）都比較差，表現為空隙（xì）率比（bǐ）較大（dà）。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（sōng）散堆積空（kōng）隙率為52.6%；石粉含量14.8%、細度模數（shù）2.7的人工（gōng）砂的鬆散（sàn）堆積空隙率為（wéi）34.3%。
人工砂的級配直接影響到混凝土中膠凝材料用量（liàng）。級配優良的集料自身緊密堆積後（hòu），僅僅（jǐn）需要少量的膠凝材料填充集料的空隙並黏結顆粒。當集料級配較差時，此時具有較大的空隙率，則需（xū）要更多的膠凝材料來填充空隙，但成本增加。當然隨著緊密（mì）堆積程度（dù）加大，骨料顆粒隻講摩擦力也隨之增長（zhǎng），對混凝土工作性（xìng）能產生影響。存在較近的（de）顆粒級配，同時滿足（zú）膠凝材料用量與工作性（xìng）能的協調。當人工砂中的石粉含量少而且級配較差時，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中表現更為明顯。當（dāng）石粉的級配較好時，隨著混（hún）凝土中（zhōng）十分（fèn）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（rù）石粉（fěn）的方法來改善混凝土的工作性能。
石粉是指（zhǐ）人工砂中粒徑小於75μm的顆粒含量。含泥量是指天（tiān）然砂中粒徑小（xiǎo）於75μm的顆（kē）粒含量。在人工（gōng）砂（shā）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判斷粉體（tǐ）材料是石粉還是泥以及它（tā）們的（de）相對比例。國標規定亞甲藍實驗的MB值應小於（yú）1.4，很多人工砂生產逛街控製MB值在0.5以下，以（yǐ）減小人工砂含泥帶鬼混凝（níng）土的負麵（miàn）影響。
石粉的較佳摻量還與（yǔ）混凝土等級有關。在低強度（dù）等級貧（pín）漿混凝土中石粉作用更加明顯，此時石粉主要作為一種有益的惰性材料（liào），起到（dào）類似（sì）於礦物摻和料的（de）填充作（zuò）用，石粉的（de）化（huà）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料小的多。在高強混凝土華總膠凝材料總量本身已經很多，加入過量石粉會增加相應的黏度，congenial影響到混凝土的各（gè）種性能。
石粉在混凝土中（zhōng）的作用主要表現為填充效應、品核效應和（hé）活（huó）性效應。因此（cǐ），石粉不僅影響到混凝（níng）土（tǔ）的工作性能、力學性能，還（hái）影響到後期的耐久性能。石粉對（duì）混凝土耐久性能的影（yǐng）響（xiǎng）主要體現在下麵幾個方麵：（1）混凝（níng）土的收縮：石粉含（hán）量會增大混凝土幹縮（suō），隨著含量（liàng）的增大，趨勢更加明顯。因此，對人工砂混凝土需要加強早期養護。但磨（mó）細粉煤灰的加入，有效降低了這種幹縮在高強人工砂（shā）混凝土中的發展；（2）混凝土的抗摻性及抗（kàng）凍性：在一定（dìng）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（qiáng）度（dù）、抗折強度相應的增加。有研究人（rén）員利用石粉（fěn）含（hán）量11.1%的（de）人工砂（shā）配製28d強度（dù）為283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果表明人工砂混凝（níng）土的抗滲性和（hé）天然砂相同，具有較低的氮離子擴散係數，抗氮離子滲透（tòu）性高於天然砂，具有優（yōu）異的抗凍性能。對硬化（huà）人工（gōng）砂混凝土進（jìn）行SEM分析，發現人工砂與水泥水化凝膠結合緊密，界麵處無裂縫，幾乎分不出兩者界（jiè）限。正是這種界麵的強化使（shǐ）得人工砂混凝（níng）土耐久性得以提高。
隨著各種高效減水劑的廣泛應用，混凝土進一步向高強、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，進行人工砂高強混凝土（tǔ）的（de）研究與應用（yòng）具有重（chóng）要的實際意義。
機製混凝土配合比設計（jì）應采用JGJ55-2000《普通混凝土配合比設（shè）計規程》的規定。砂（shā）率的選擇主要根（gēn）據人工（gōng）砂自身的細度模數、石粉（fěn）含量、混（hún）凝土強度（dù）等級及其他材（cái）料的情況經（jīng）實驗確定。石料含量高的人工砂可以（yǐ）采用較低的砂率，細度模數大的人工砂宜選擇較高的砂率。由於人工砂的表麵粗糙、多（duō）棱角（jiǎo），機械齧合力比較強，顆粒之（zhī）間（jiān）的（de）摩（mó）擦力相對大，人工砂混凝土單位用水量比天然砂混（hún）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要有優良的集料。對於人工砂來（lái）說，就是要有（yǒu）合適的細度模數、石粉含量、良好的級配以及較好（hǎo）的粒形。由於（yú）高強混凝土是富漿混凝土，所以石粉的（de）含量不宜（yí）太多，同時要（yào）通過調整（zhěng）人工（gōng）砂的細度模數與級配來保證混凝土具有優良的工作性能、力學性能和耐久（jiǔ）性能。
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