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人工砂在混凝土應(yīng)用有問題？這些質(zhì)量控制措施了解一下！

砂是混凝土的主要組分之一，其品質(zhì)對混凝土拌合物的工作性及硬化混凝土的物理力學(xué)性能和耐久性均具有重要影響?；炷劣蒙胺譃樘烊簧昂腿斯ど皟深?。人工砂是用巖石經(jīng)除土開采、機(jī)械破碎、篩分制成的，公稱粒徑小于5.00mm的巖石顆粒。

目前我國多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的是天然砂，天然砂資源短時期內(nèi)是不可再生的，隨著基本建設(shè)日益發(fā)展的需要，我國不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少，砂的數(shù)量和質(zhì)量不能滿足用砂的需要，影響了工程建設(shè)的進(jìn)度和質(zhì)量。由于砂資源短缺，價格上漲，一些地區(qū)超量開采，毀田挖砂、破壞河道情況比比皆是，過度采砂造成的環(huán)境破壞越來越嚴(yán)重，尤其是江砂、河砂的過量開采會危及江、河堤岸的穩(wěn)定。

近年來，國家和各地政府相繼出臺了禁采或限采天然砂的規(guī)定。因此，尋求新砂源、開發(fā)人工砂已勢在必行。利用當(dāng)?shù)氐膸r石資源或工程棄置的廢石生產(chǎn)人工砂，已成為天然砂必不可少的替代資源。

1.人工砂的特點

人工砂顆粒形狀棱角多，表面粗糙不光滑，粉末含量較大。人工砂生產(chǎn)過程中要產(chǎn)生一定量的石粉，這是人工砂和天然砂最明顯的區(qū)別之一。這里所稱的石粉，不是一般碎石生產(chǎn)企業(yè)所稱的“石粉”、“石末”（這是生產(chǎn)碎石的尾礦，一般為粒徑小于5mm的混合物，實際是人工砂的級配范疇）。石粉的定義是：人工砂中粒徑小于75μm，且其礦物組成和化學(xué)成分與被加工母巖相同的顆粒物質(zhì)。

石粉與泥粉有根本的區(qū)別，從細(xì)度角度講，經(jīng)測試表明，小于75μm的石粉顆粒分布主要集中在16μm以上，而泥粉的粒徑一般小于5μm。泥粉可在集料表面形成包裹層，妨礙集料與水泥石的粘結(jié)，因此泥粉對混凝土是有害的，必須嚴(yán)格控制其含量。人工砂中的石粉，一方面使砂的比表面積增大，增加用水量，但另一方面，有適量石粉的存在，可完善混凝土特細(xì)骨料的級配，以及細(xì)小的球型顆粒產(chǎn)生的滾珠作用等，會改善混凝土的和易性，提高混凝土的密實性，進(jìn)而起到提高混凝土綜合性能的作用。

2.人工砂存在的問題

2.1 石粉含量問題

人工砂生產(chǎn)的石粉含量與母巖機(jī)械物理性能和砂的級配分布取向有直接關(guān)系，對于細(xì)度模數(shù)的要求和石粉含量的限制相互矛盾，控制石粉產(chǎn)生的比例，則細(xì)度模數(shù)過大；控制細(xì)度模數(shù)，又產(chǎn)生超量的石粉。從各地人工砂生產(chǎn)的大致情況來看，未經(jīng)處理的人工砂石粉含量一般為10%～18%。這個范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52規(guī)定的人工砂的石粉含量。

2.2  石粉除粉處理

對于人工砂超量石粉的處理方式，一般采用水洗法和風(fēng)選法兩種除粉方法。分離出去的物質(zhì)并非只有石粉，還含有0.15mm、0.3mm、0.6mm級甚至更大的顆粒，嚴(yán)重地破壞了人工砂的自然級配，不利于達(dá)到集料的最大密度，水洗法除粉尤甚。

從實踐生產(chǎn)應(yīng)用來看，生產(chǎn)人工砂過程中的水洗除粉處理，破壞細(xì)集料的原級配，同時消耗大量的水，一方面制砂成本增加，另一方面給環(huán)境造成不良影響。有些地區(qū)水源無從解決，要求對人工砂進(jìn)行水洗也是不現(xiàn)實的。因此，人工砂廠對超量石粉最有效的處理方式應(yīng)為風(fēng)選除粉，這也是目前市場上應(yīng)用最廣泛的?？紤]風(fēng)選生產(chǎn)成本和各應(yīng)用企業(yè)對石粉含量的控制，風(fēng)選處理后的人工砂一般含有5%～10%左右的石粉。為了保證人工砂生產(chǎn)車間的正常生產(chǎn)和保護(hù)社會環(huán)境、減少環(huán)境污染，在人工砂風(fēng)選除粉后一般增加“預(yù)加水”工藝，使人工砂處于潮濕狀態(tài)。

2.3 人工砂含水率

不同生產(chǎn)單位、以及同一生產(chǎn)單位不同時期或不同操作員工生產(chǎn)的人工砂含水率有一定的差別，含水率的大小將會影響人工砂的堆積狀態(tài)，其含水率對人工砂松散堆積密度和緊密堆積密度的影響見表1。

從表1中可以看出：

（1）隨著人工砂中含水率的增加，其松散堆積密度和緊密堆積密度先降低，當(dāng)含水率在3%～5%之間時，其松散堆積密度和緊密堆積密度變化不大，當(dāng)含水率超過7%后，其松散堆積密度和緊密堆積密度明顯增加，且變化幅度較大；緊密堆積密度與松散堆積密度兩者差值先增加后降低，且含水率在3%～5%之間時，達(dá)最大值。

（2）含水率對人工砂堆積狀態(tài)影響較大，當(dāng)無水存在時，由于不同粒徑顆粒的容重不同，易造成人工砂的堆積狀態(tài)發(fā)生變化，產(chǎn)生分層離析，造成不同部位處顆粒級配和細(xì)度模數(shù)相差較大，且堆積場地越大越明顯；隨著人工砂中含水率增加時，其堆積狀態(tài)發(fā)生變化，當(dāng)含水率在3%～5%之間時，其人工砂的堆積狀態(tài)最好，不同部分的顆粒級配和細(xì)度密度相差不大；當(dāng)人工砂中含水率超過7%后，其堆積狀態(tài)明顯變差，特別是含水率大于9%時，堆積體的下表面水分過多和石粉含量明顯增多，堆積體的上表面比較干燥及大顆粒偏多，堆積體的內(nèi)部下面含水率明顯增多，從而造成不同部位人工砂的顆粒級配、細(xì)度模數(shù)和石粉含量不同，最終導(dǎo)致人工砂在混凝土生產(chǎn)過程中難以控制。

2.4 根據(jù)MB值合理控制人工砂石粉含量

《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52對人工砂石粉的限量，是根據(jù)人工砂的亞甲藍(lán)試驗MB值確定，亞甲藍(lán)MB值檢驗或快速檢驗是用于檢測小于75μm的物質(zhì)主要是石粉還是泥土的試驗方法。由于不同地區(qū)泥粉成分及其中的雜質(zhì)含量差別較大，使用亞甲藍(lán)MB值檢驗或快速檢驗進(jìn)行檢測時，其試驗結(jié)果會相差很大，從而使不同地區(qū)利用此方法控制石粉的含量受到很大的影響，應(yīng)當(dāng)根據(jù)各地原材料情況具體分析。以山東濟(jì)南市的某人工砂廠的人工砂為例，摻加當(dāng)?shù)啬喾郏M(jìn)行了亞甲藍(lán)MB值的試驗，其試驗結(jié)果見表2和表3。
 

 

從表2和表3中可以看出：當(dāng)泥粉含量（占人工砂總量）相同時，石粉對亞甲藍(lán)MB值基本無影響；當(dāng)石粉含量不同時，隨著泥粉含量的增加，其亞甲藍(lán)MB值逐漸增大，且摻量越高變化越明顯。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對亞甲藍(lán)MB合格值的規(guī)定，結(jié)合表2和表3的試驗結(jié)果，試驗人工砂中的含泥量應(yīng)控制在1%（占人工砂總量）之內(nèi)。

因此，人工砂生產(chǎn)時，應(yīng)根據(jù)亞甲藍(lán)MB值和石粉總含量，合理調(diào)整控制人工砂的石粉含量；使用人工砂時，應(yīng)根據(jù)人工砂的MB值和石粉含量，對混凝土配合比各材料用量做出適當(dāng)調(diào)整。

3.人工砂在混凝土應(yīng)用中質(zhì)量控制措施

3.1 嚴(yán)格控制人工砂生產(chǎn)質(zhì)量

我國幅源遼闊，全國各地的人工砂因礦產(chǎn)原料、加工工藝、破碎加工設(shè)備等不同，其顆粒形狀、粒級分布、石粉含量等都會有很大的差別。人工砂的質(zhì)量必須嚴(yán)格滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，使用者應(yīng)要求人工砂生產(chǎn)企業(yè)重視質(zhì)量，人工砂生產(chǎn)企業(yè)也完全能夠改進(jìn)技術(shù)措施并滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對砂的質(zhì)量要求，這是人工砂比天然砂有質(zhì)量保證的一個優(yōu)勢。但如果按老習(xí)慣不講質(zhì)量要求，這也是人工砂的一個劣勢，因為全國天然砂的質(zhì)量區(qū)別不大，使用者一般都有經(jīng)驗，而人工砂質(zhì)量差別較大，使用缺乏經(jīng)驗。

人工砂生產(chǎn)有一定的規(guī)模大小，有固定的生產(chǎn)場地、生產(chǎn)工藝和制砂設(shè)備，其產(chǎn)品的質(zhì)量是完全能夠控制和穩(wěn)定的，所以提高人工砂生產(chǎn)者的素質(zhì)，提高人工砂生產(chǎn)企業(yè)的要求是必要和可以實現(xiàn)的。例如行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)明確提出了供貨單位應(yīng)提供砂產(chǎn)品合格證及質(zhì)量檢驗報告，人工砂的生產(chǎn)者和使用者都應(yīng)堅持執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中的這一規(guī)定，通過提供和索要產(chǎn)品合格證，促使人工砂企業(yè)建立質(zhì)量保證體系，明確和落實生產(chǎn)者的產(chǎn)品質(zhì)量保證體系，明確和落實生產(chǎn)者的產(chǎn)品質(zhì)量責(zé)任，然后，再由使用者進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)試，使人工砂質(zhì)量得到有效的保障和提高，混凝土質(zhì)量也就進(jìn)一步得到保證和落實。

3.2 混凝土配合比調(diào)整

與天然砂相比，人工砂的質(zhì)量可以通過生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行控制和調(diào)整，但是其質(zhì)量還會出現(xiàn)一定的波動，如果在混凝土配合比設(shè)計中不考慮這些因素的變化，將會對混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的性能產(chǎn)生一定的影響。因此，使用人工砂進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計時，需要對配合比設(shè)計思路進(jìn)行優(yōu)化，使各種原材料用量作一定的調(diào)整。

從目前人工砂在混凝土中的實際生產(chǎn)應(yīng)用來看，人工砂易出現(xiàn)以下幾個方面的質(zhì)量波動，影響其在混凝土中的應(yīng)用，如細(xì)度模數(shù)偏高或偏低、顆粒級配較差、石粉含量不穩(wěn)定、泥粉含量不確定、含水率波動較大等。為了保證混凝土的質(zhì)量穩(wěn)定，需對人工砂使用中存在的問題進(jìn)行必要的檢測，并對混凝土配合比進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（1）當(dāng)人工砂細(xì)度模數(shù)偏高或偏低時，應(yīng)通過調(diào)整砂率，即增大或減小砂率，并應(yīng)適當(dāng)調(diào)整膠凝材料的用量，以及在試驗室做混凝土試配進(jìn)行驗證；

（2）當(dāng)人工砂顆粒級配較差時，特別是人工砂中的“中砂”較少，“粗砂”和“細(xì)砂”（粗、中、細(xì)砂根據(jù)顆粒粒徑大小分）較多時，對混凝土拌合物的工作性能影響特別敏感，這是混凝土生產(chǎn)者很難解決的問題，通常情況下，大部分生產(chǎn)者是增加膠凝材料的用量，并適當(dāng)調(diào)整粗集料的用量，或者通過與天然砂進(jìn)行搭配使用，但調(diào)整后的混凝土拌合物狀態(tài)一般；

（3）石粉含量波動較大時，通常情況下，大部分混凝土生產(chǎn)者都把它當(dāng)作細(xì)集料使用，很少調(diào)整膠凝材料的用量及外加劑的摻量，但由于石粉的顆粒粒徑與水泥等膠凝材料接近，考慮石粉的特點，在混凝土配合比設(shè)計中，可把石粉作為膠凝材料重新計算配合比，且外加劑的摻量應(yīng)作出一定的調(diào)整，同時，石粉用量應(yīng)在人工砂中扣除。可是，在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，石粉含量波動較大，如何根據(jù)石粉含量的變化及時調(diào)整混凝土配合比是至關(guān)重要的問題，這需要各混凝土生產(chǎn)者需要大量的試驗工作經(jīng)驗和一定的實際應(yīng)用基礎(chǔ)；

（4）泥粉含量的多少是當(dāng)前很多混凝土生產(chǎn)者最頭疼的問題，他們根本不知道泥粉含量到底有多少，以及泥粉含量多少對混凝土質(zhì)量的影響有多大，都是一個模糊的概念，他們共同認(rèn)可的觀點是：泥粉多將嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量，所以，正確認(rèn)識泥粉的存在是一個至關(guān)重大的問題，我們要分清泥粉和石粉對混凝土各種性能的影響大小，以及如何準(zhǔn)確算出人工砂中泥粉和石粉各自的含量，根據(jù)作者本人的經(jīng)驗，不同地區(qū)的生產(chǎn)者，要針對當(dāng)?shù)氐哪喾圪|(zhì)量，人工砂中石粉含量，作大量試驗工作，找出一定的規(guī)律，從而能使用亞甲藍(lán)MB值和石粉含量測出泥粉和石粉的準(zhǔn)確數(shù)值，以便更好地調(diào)整混凝土配合比；

（5）含水率波動影響人工砂的顆粒級配分布、細(xì)度模數(shù)、石粉含量等，根據(jù)作者本人的經(jīng)驗，人工砂含水率應(yīng)控制在3%～5%之間。

圖片

4.結(jié)論

（1）隨著建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大和對混凝土質(zhì)量要求的日益提高，天然砂資源特別是優(yōu)質(zhì)天然砂資源日益短缺，同時環(huán)境保護(hù)工作的加強(qiáng)以及可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施，使用人工砂代替天然砂已成為砂行業(yè)未來發(fā)展的趨勢。

（2）根據(jù)人工砂的性能特點及實際應(yīng)用情況，人工砂生產(chǎn)應(yīng)采取有效措施，嚴(yán)格控制人工砂的生產(chǎn)質(zhì)量，滿足混凝土技術(shù)要求。

（3）人工砂的顆粒級配、細(xì)度模數(shù)、石粉含量、泥粉含量及含水率等性能指標(biāo)的變化將會對混凝土的性能產(chǎn)生比較大的影響，因此，應(yīng)根據(jù)人工砂性能特點合理對混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整。