人工（gōng）製砂的行業標準

從20世紀60年代起，我過就（jiù）在一些水（shuǐ）利·水電工程及土木（mù）建築工程中開（kāi）展人（rén）工砂的研究與應用，經（jīng）過40多年的發展已經積累了豐富的經驗並形成了係統的（de）理論。受自然環境的（de）影響（xiǎng），我國缺少（shǎo）優質（zhì）天然砂，而富有石灰岩的貴州。四（sì）川等省份較早（zǎo）開展人工砂的（de）研究工作。自上世紀九十年代以來，由（yóu）於各種工程建設的急劇（jù）增多和天（tiān）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。人工砂的應用可以更好的保護環境（jìng），節約成本，實現（xiàn）可持（chí）續發展，應用人工砂代替（tì）天然砂已勢在必（bì）行！

一. 人（rén）工砂概況

1.人工砂的工程（chéng）應用

成功應用人工砂的水利，水電工程很多。如三峽大壩二（èr）期，三期工程中全部采用花崗岩人工砂作細骨料：龍灘（tān）水電站的混凝（níng）土方量為575.6萬m³，采用石（shí）灰岩人工砂作細骨料：烏江（jiāng）構皮灘電站采用灰岩生產人工砂：湖北宣恩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（cǎi）用天然砂與人工砂混合的辦法。

很多橋梁工程也廣泛應用（yòng）人工（gōng）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（hún）凝土，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（qǔ）得較好的應用效果。

在商品混凝土應用（yòng）方麵，北京世紀財富中心C60混凝土全（quán）為人（rén）工砂混凝土。此外，北京恒坤混凝土郵箱公司和北京恒坤拓峰采石有（yǒu）限公（gōng）司采用幹法（fǎ）生產石灰石人（rén）工砂，在1年多的時（shí）間裏累計生產（chǎn）商品混凝（níng）土40多萬 m³，多數使用純（chún）人（rén）工砂，石粉含（hán）量應用範圍達8％~15％，應（yīng）用於（yú）各種工程，取（qǔ）得了很好的效果。2005年北（běi）京地區人工砂的產量已（yǐ）占據混凝土建築用砂（shā）的10％左（zuǒ）右。隨著人們對人工砂認識（shí）的逐漸深（shēn）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（fèn）額必然會逐步增（zēng）加。

在國外，美國，英國，日本等國家使用人工砂已有幾十（shí）年的曆史（shǐ）。美國地質勘探局根據資源利用率和（hé）環保的（de）需要，在1996年對人工砂及（jí）其（qí）母岩進行過調查，結果（guǒ）顯示人工砂大（dà）致（zhì）占細骨料的（de）20％。日本在上世紀80年代，天然集料與人（rén）工集料（liào）的使用比（bǐ）例大約為（wéi）0.9:1，而（ér）到90年代則降為0.5:1。

2.人工砂的技術標準

不同國（guó）家製定（dìng）的人工（gōng）砂技術標準不論是級配，細度（dù）模數（shù）還是石粉含（hán）量（liàng）存在差（chà）異。愛石粉的含量方麵上，我國與國外在規定含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（zhǔn）規範（fàn）》是根據混凝土耐磨（mó）要求進（jìn）行規定的（de）;英國標（biāo）準BS882:1992《用於混凝土的石料》則根據重載（zǎi）混凝土路（lù）麵和普通（tōng）混凝土規（guī）定（dìng）人工砂石粉含量的要求；日本標準JIS A 5005:1993《混（hún）凝土碎石人工砂》對用於混凝（níng）土人工砂石（shí）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工砂中石粉含量。在我國（guó）的地方標準中，貴州（zhōu）省DBJ22-016-95《山砂混凝土技術規（guī）範》和重慶市DB50/5017-2000《混凝土用人工砂質量標準及控製方（fāng）法》等也均（jun1）采用按照強度等級的方法來規定石粉的含量。不同國家的（de）標（biāo）準中隊混（hún）凝（níng）土人工砂石粉的含量的（de）限（xiàn）製是（shì）不同的。我過不同地方標（biāo）準中隊混凝（níng）土人工砂（shā）十分含量的較（jiào）高限值也有所（suǒ）不同。

中，日（rì），美對石粉含量限製比較嚴格。由於正常人工砂生產線過程中會產生10％左右的石粉，嚴格的石粉含量增加了人工砂的生產成（chéng）本，同時限（xiàn）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，人工砂的石粉含量可（kě）以比現行（háng）國標放寬一些，較近，我國擬修訂的（de）建工行業標準JGJ52《普通混凝土用砂石質量標準及（jí）檢驗方法》征求意見稿中，提出將人工砂中（zhōng）的石粉含量放寬（kuān）為5％（大於等於C60混凝土），和7％（介於C30~C60混凝土（tǔ）之間）和10％（小（xiǎo）於C30混（hún）凝土），這對人工砂的推廣應用將（jiāng）有積極的促進作用。

二. 人工砂的性能特征

與天然砂相比，人工砂自身有明（míng）顯的特點。它的顆粒與形（xíng）狀多呈（chéng）三角形或方矩體，表麵粗糙，棱角尖銳，一（yī）般球形度比天然砂小，目前（qián），人工砂多為級配（pèi）可以調整，含（hán）有一定量的石粉的中（zhōng）粗砂。由於全國（guó）各地生產人工砂的（de）母岩，生產工藝和設（shè）備不同，生產出的人工砂質量相差（chà）很大。人工砂的質量主要受粒形、細度模數、級配、石粉含量等影響。現行標準中，隻要根據3個因素進行規定，從而確定人工砂的質量穩定。

1：人工砂的粒形

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（bié）：圓形、不規則行、角錐形、長條形和扁長形。人工砂的粒（lì）形主要為角錐形和（hé）不規（guī）則行，關（guān）隨著母岩種類（lèi）。人工砂設備不同（tóng）而變化。顆粒的形狀對緊密堆積存（cún）在重要影響（xiǎng），實際應用中更加期望獲得（dé）圓形的顆（kē）粒，它（tā）不僅有利於緊密堆積，更有利於增（zēng）加混凝土的工作性。一（yī）般來說，製砂設備（bèi）導致（zhì）的顆粒形狀中：棒模式、錘（chuí）式破（pò）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（xuán）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（pò）碎機生（shēng）產的顆粒形狀方正（zhèng）效率（lǜ）高，細度模式可控製偉（wěi）2.4~3.0，石粉含量為2%~18%，同事，幹法生產解決了除塵問題。

人工砂的粒形（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（yǐng）響到集料自身的（de）緊（jǐn）密堆積成都和空隙率大小，從而影響填充集料空隙的水泥漿體的體積。（2）不規則（zé）的（de）粒形具有更大的比表（biǎo）麵積，它需要的包裹漿體體積同樣（yàng）增加。（3）人工砂行政影響新拌混凝土（tǔ）工作性能及它與水泥漿體界麵的機械齧合力等。

2.人工砂的細度模數

對於定製生產的人工砂，其（qí）細度模數是可以控製（zhì）的。在生產工藝中，通過調節不同篩分的比例達到（dào）預定的細度模數。對於加碎石篩除（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。對於細度模數（shù）不（bú）合適的人工砂，可以（yǐ）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、水電工程中，人工砂的細度模數（shù）大多控製在3.0以下。如三峽大壩中花崗岩人工砂的細度模（mó）數為2.7；龍（lóng）灘水電站（zhàn）中人工砂的細度模數（shù）為2.9；吳江構皮灘電站人工砂的細度模（mó）數為2.5；天堂抽水蓄能（néng）電站人工砂的細度模數為2.5。在商（shāng）品（pǐn）混凝土中使用（yòng）的人工砂一般為中（zhōng）粗砂。北京市建築市場目（mù）前存在兩種人工砂：一是完全替（tì）代天然砂的人工（gōng）砂，這種人工砂（shā）細度模數較小，一般在3.0以下。二是與天然砂混合使用（yòng）的人工砂，它的細度模（mó）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（míng）集料中的粗顆粒比例偏大，而0.315mm以下的比例較小（xiǎo）。這種人工砂自（zì）身很難達到較（jiào）緊密堆積（jī）狀態（tài），從而增加（jiā）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（de）人工砂，一般（bān）是采用天然粉砂來補充（chōng）小於0.315mm部分，從而控製混合砂的細度模數在（zài）中砂（shā）範（fàn）圍之內。如果想是想人工砂完全替代天然砂的目的，就必須通過選擇人工（gōng）砂（shā）設備和控製生產工藝來生產細度模數小於3.0，級配優良的優質人工砂。

對於相同粒形的集料來說，總存在著優良的級配。優（yōu）良的級（jí）配意味著集料自身能（néng）夠通過大小顆粒的較佳比例來接近較緊（jǐn）密的堆積狀態，此時空（kōng）隙率較小。人工砂的級配範圍（wéi）從幾個μm到4.75mm，其中石粉的平均粒徑一般為（wéi）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（cǐ）相互填充時，較後的空隙需要一定量的十分來填充。從（cóng）級配及堆積的角度來考慮，適量的石（shí）粉含量是有益的。由（yóu）於（yú）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來除去超標的石粉，但與此同時破（pò）壞了人工砂的級配。當石粉行兩小於3%，細（xì）度（dù）模數較大，此時（shí）人工砂的級配一般都比較差，表現（xiàn）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（dù）模數4.3，其鬆散堆積空隙率為52.6%；石粉含量14.8%、細度模數2.7的（de）人（rén）工砂的鬆散（sàn）堆積空隙率為34.3%。

人工（gōng）砂的級配直接影響（xiǎng）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，僅僅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（shí），此（cǐ）時具有較大（dà）的空隙率，則需要更多的膠凝材料來填充空隙（xì），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增長，對混凝（níng）土工作性（xìng）能產生影響。存（cún）在較近的顆粒級配，同時滿足（zú）膠凝材料用量與工作性能的協調（diào）。當人工砂中的石粉（fěn）含量少而且級配較差時，混凝（níng）土拌合物更加容易產生離析、泌水現象（xiàng），這（zhè）種現象在低強度貧漿混凝土（tǔ）中表現更（gèng）為明顯。當石粉的級（jí）配較好時，隨著混凝（níng）土中十分摻量的增加，混凝土黏度逐漸變大。對於產生泌水（shuǐ）現象的混凝土，可（kě）以通過加入石粉的方法來改善混凝土的工作性（xìng）能。

4.人工砂的石粉（fěn）含量

石粉（fěn）是指（zhǐ）人工砂中粒徑小於75μm的顆粒含量。含（hán）泥量是指天然（rán）砂中粒（lì）徑小於75μm的顆粒含量。在人工砂生產過程（chéng）中不可避免的灰帶入泥。國家標準GB/T14684-2001規定通（tōng）過亞甲藍（lán）實驗來（lái）判斷粉體材料是石粉還是泥以及（jí）它們的相對比例。國標（biāo）規定亞甲藍實驗的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土的負麵影響（xiǎng）。

石粉的較佳摻量還與混凝土等級有關（guān）。在低強度等級貧漿混（hún）凝土中石粉作用更加明（míng）顯，此時石粉主要作為（wéi）一種有（yǒu）益的（de）惰性材料，起到類（lèi）似（sì）於礦物摻和料的填充作用（yòng），石（shí）粉的化學相對要比礦物摻和料（liào）的填充（chōng）作用（yòng），石粉的化學相對要比礦物摻和（hé）料小的多。在（zài）高強混凝土華總膠凝材料總量（liàng）本身已經很多，加入過量石粉會增加（jiā）相應的黏度，congenial影響到混凝土的各種性能。

石粉在混凝土中的（de）作用主要表（biǎo）現為填（tián）充效應、品核效應和活性效應。因此，石粉不僅影響到混凝土的工作性能、力學性（xìng）能，還影響到後期的耐久性能。石粉對（duì）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：石粉含量會增大混凝土幹縮，隨著含量的（de）增大，趨勢更加明顯。因此，對人工砂混凝土需要加強早期（qī）養護。但磨細粉煤灰的加入（rù），有效降低了這種幹縮在高強人工砂混凝土中的發（fā）展；（2）混凝土的抗摻性及抗凍性：在（zài）一定範圍內，隨著石粉含（hán）量的增加，混凝土密實（shí）度提高，混凝（níng）土的抗壓強度、抗折強度相應的（de）增加。有研究（jiū）人員利用石粉含量（liàng）11.1%的人工（gōng）砂配製28d強度為（wéi）283.MPa~53.2MPa的高性能混凝土，結果表明人工（gōng）砂混凝土的抗滲性（xìng）和天然砂（shā）相同，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（yǒu）優異的抗凍性能。對硬化（huà）人工砂混凝土進行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（zhě）界限。正是這種（zhǒng）界麵的強化使（shǐ）得人工砂混凝土耐久性（xìng）得以提高。

三、人工（gōng）砂高強混凝土（tǔ）的研究（jiū）與應（yīng）用

隨（suí）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（xiàng）發展。由於人工砂在混凝土用砂中的市場份額越來（lái）越大，進行人工砂高強混凝土的研究與應用具有重要的實際意義。

機製混凝土配合比設計應采用JGJ55-2000《普通混凝土配合比設計（jì）規程》的規定。砂率的選擇（zé）主要根據人工砂自身的細度模（mó）數、石粉含量、混凝土強度等級及其他材料的情況（kuàng）經實驗確定（dìng）。石料含量高的人工砂（shā）可以采用較低的砂率，細度模數大的人工砂（shā）宜選擇較高的砂（shā）率。由於人（rén）工砂的表麵粗糙、多棱角，機械齧合力比較強（qiáng），顆（kē）粒之（zhī）間的摩擦力相對大，人工砂混凝土單位用水量比天然砂混凝土要適當增加。

從（cóng）全級配的角度來考慮，配製（zhì）人工（gōng）砂（shā）高強混凝土的關鍵之一（yī）是要有優良的集料。對於人工砂來說，就是（shì）要有合適的細度模數、石粉（fěn）含量、良好（hǎo）的級配（pèi）以及較好的粒形。由於高強混凝土（tǔ）是富漿混凝土，所以石粉的含量不宜太多，同時要通（tōng）過調整人（rén）工砂的細度模數與級配來保證混凝土具有優良的（de）工（gōng）作性能、力學性能和耐久性能。

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