合理利用人工砂中的石粉
2005-04-27 00:00
摘要：針對目前人工砂生產(chǎn)和使用中丟棄石粉的做法，對石粉的微級(jí)配進(jìn)行初步測試分析，并試驗(yàn)研究了石粉在混凝土中對和易性和強(qiáng)度的影響。試驗(yàn)表明，在新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：石粉；人工砂；混凝土；級(jí)配
近幾年基本建設(shè)的持續(xù)高速發(fā)展，對配制混凝土的建筑用砂需求量急增。天然砂資源的短缺、環(huán)境保護(hù)的加強(qiáng)及GB/T 14684-2001《建筑用砂》的實(shí)施都促進(jìn)了人工砂的發(fā)展。據(jù)估計(jì)，有些地區(qū)人工砂的產(chǎn)量已占到混凝土建筑用砂量的20%~30%。但在人工砂的生產(chǎn)和使用中存在著一些誤區(qū)，其中，主要的問題是對人工砂中的石粉認(rèn)識(shí)不正確，盲目地洗掉石粉（含量約占10%），在生產(chǎn)上不僅降低產(chǎn)量、浪費(fèi)寶貴的礦產(chǎn)和水資源，又造成新的環(huán)境污染；在使用中由于人工砂自身的特點(diǎn)，造成配制的混凝土和易性差，并表現(xiàn)出強(qiáng)度降低、水泥用量增加、外觀質(zhì)量不好等一系列問題。為此，筆者用2個(gè)人工砂生產(chǎn)企業(yè)丟棄的石粉進(jìn)行了不同比例摻入量的平行對比試驗(yàn)，結(jié)果表明，在中低等級(jí)（強(qiáng)度等級(jí)不大于C45）的新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強(qiáng)度。這對人工砂生產(chǎn)單位選擇合理的生產(chǎn)工藝路線和設(shè)備，提高產(chǎn)量和降低成本，對正確使用人工砂，發(fā)揮人工砂的長處有重要的意義。
1 試驗(yàn)
1.1 試驗(yàn)方法與材料
在相同的試驗(yàn)條件下，利用相同水泥、粗骨料、外加劑、粉煤灰等材料，采用已在生產(chǎn)過程中去除了石粉的2種人工砂A、B（A 是石灰石制成的人工砂，B 是河卵石制成的人工砂）及該人工砂洗走的石粉，按不同石粉摻量配制同水灰比的混凝土，對比混凝土拌合物的坍落度、和易性及混凝土3、7、28d 抗壓強(qiáng)度。另外對天然砂進(jìn)行了對比試驗(yàn)。
水泥：P.O 32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥； 外加劑： 泵送劑；粉煤灰：II 級(jí)；人工砂A（水洗）：細(xì)度模數(shù)3.3，級(jí)配II區(qū)，堆積密度1540kg/m3；人工砂A（未水洗）：細(xì)度模數(shù)2.7，級(jí)配II區(qū)，堆積密度1570kg/m3；人工砂B（水洗）：細(xì)度模數(shù)3.1.，級(jí)配I區(qū)，堆積密度. 1510kg/m3；天然砂：細(xì)度模數(shù)2.2，級(jí)配II區(qū)，堆積密度1550 kg/m3。
1.2 試驗(yàn)配比與結(jié)果
使用人工砂A、B的混凝土配比與試驗(yàn)結(jié)果分別見表1和表 2
表1 使用人工砂A的混凝土配比與試驗(yàn)結(jié)果
注：表中水的配合比是根據(jù)坍落度調(diào)整而得。
表2 使用人工砂B的混凝土配比與試驗(yàn)結(jié)果
注：水洗人工砂中含有2%的石粉。
2 結(jié)果分析與討論
1 結(jié)果分析
（1） 從表.可以明顯得出，隨著石粉含量的增加，混凝土的和易性逐步改善，強(qiáng)度逐步提高。特別是未水洗、石粉含量為.2&的人工砂配制的混凝土不泌水，和易性最好，且28d抗壓強(qiáng)度最高，比未摻石粉的混凝土提高44%.
（2） 表2的結(jié)論與表1基本相同，只是出現(xiàn)了石粉含量為12%的人工砂混凝土強(qiáng)度有所降低的現(xiàn)象，但由于試驗(yàn)樣本量太少，是否9%或10%為該石粉的最佳摻量有待進(jìn)一步試驗(yàn)研究。而且，不同種類的石粉存在著各自不同的最佳摻量。從A石粉試驗(yàn)結(jié)果分析，以原狀未洗砂石粉含量為最好，人工砂B由于濕法生產(chǎn)工藝限制，不能取得原狀未洗砂。
（3） 所有含(摻)石粉的人工砂配制的混凝土不管和易性如何都比同條件天然砂配制的混凝土抗壓強(qiáng)度高，強(qiáng)度提高幅度最高為65%?；旌仙芭渲频幕炷恋膹?qiáng)度亦高于天然砂配制的混凝土。
2.2 討論
（1） 水洗人工砂混凝土的和易性不好但強(qiáng)度普遍高于對比的天然砂混凝土，包括混合砂配制的混凝土的強(qiáng)度也高于天然砂配制的混凝土的主要原因是人工砂的顆粒表面粗糙，多棱角，骨料與水泥、骨料之間的結(jié)合好，機(jī)械咬合力高。但也正是由于其特殊的粒型造成流動(dòng)性差，需要良好的級(jí)配和微細(xì)骨料去改善。
（2） B石粉試驗(yàn)以原狀未洗砂石粉為最好。過去所使用的天然砂絕大多數(shù)是江河砂，人工砂對建筑業(yè)來說還是新材料，由于其生產(chǎn)工藝的限制，在微細(xì)級(jí)配上基本斷檔，對骨料的微細(xì)級(jí)配的組成和作用研究極少。就洗走的石粉來看，并非只洗走了75μm以下的顆粒，同時(shí)還洗走了包括150μm、300μm甚至是600μm的顆粒，部分洗走石粉的篩分結(jié)果見表3。
表3 部分洗走石粉的篩分結(jié)果
|
編號(hào) |
分計(jì)篩余/% | ||||
|
600μm |
300μm |
150μm |
75μm |
<75μm | |
|
1 |
2.7 |
20.9 |
41.6 |
10.0 |
24.8 |
|
2 |
0 |
18.5 |
21.8 |
11.4 |
48.3 |
|
3 |
0 |
0.8 |
25.9 |
24.8 |
48.5 |
從表3可知，水洗的結(jié)果一是浪費(fèi)，二是破壞了人工砂的自然級(jí)配，不利于達(dá)到骨料的最大密實(shí)。
人工砂的石粉與天然砂的泥粉不同，從圖1可明顯看出，同是小于75μm的顆粒，泥粉中的70%顆粒集中分布在16μm以下，平均粒徑為8.4μm.A石粉70%顆粒集中分布在16μm以上，平均粒徑為36.9μm.B石粉88%顆粒集中分布在16μm以上，平均粒徑為52.8μm.A、B砂的石粉平均粒徑分別是天然砂泥粉平均粒徑的4.4和6.3倍，如此的粒度分布，不但不會(huì)阻礙水泥與骨料的結(jié)合，相反，填補(bǔ)了混凝土骨料之間的空隙，改善了混凝土和易性，提高了混凝土密實(shí)性，也就提高了混凝土的強(qiáng)度，對混凝土的長期耐久性也大有益處。
（4）成功使用帶石粉人工砂的實(shí)例也很多，如香港目前唯一在當(dāng)?shù)負(fù)碛惺V的嘉華集團(tuán)，干法生產(chǎn)的花崗巖人工砂，石粉含量控制在10%，不僅用于生產(chǎn)C30、C40的普通混凝土，而且配制C60以上的高強(qiáng)混凝土，使用時(shí)間已達(dá)24年以上，并建造了很多著名的建筑。筆者與北京城建一公司曾用干法生產(chǎn)的石灰?guī)r人工砂（石粉含量11%的未洗砂）配制混凝土，于1996年在北京甘家口危改小區(qū)建了一棟現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的9層住宅樓，目前質(zhì)量很好。
（5）人工砂的生產(chǎn)和使用中存在著不接受石粉的現(xiàn)象，主要有使用方面的2條重要原因：一是認(rèn)識(shí)問題，帶石粉的人工砂與天然砂相比，其外觀上有明顯的不同，10%左右的干法生產(chǎn)人工砂看上去就像全是石粉一樣，使人心生疑慮，不敢使用。二是標(biāo)準(zhǔn)問題，目前建筑工程業(yè)大都執(zhí)行JGJ 5292，其中沒有人工砂的種類與技術(shù)要求，但該標(biāo)準(zhǔn)目前已在修訂之中，從征求意見稿獲悉，已充分考慮了人工砂的特點(diǎn)，隨著人們對人工砂認(rèn)識(shí)的逐步提高和新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，目前的不接受石粉的現(xiàn)象一定會(huì)改變。
3 結(jié)論
從試驗(yàn)室試驗(yàn)到工程應(yīng)用，證明合理使用帶石粉（必須是真正的石粉，而不能是泥粉）的人工砂，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強(qiáng)度。石粉的含量宜控制在10%左右，對強(qiáng)度等級(jí)大于C30的混凝土，石粉含量還可以放寬一些，并以干法生產(chǎn)的原狀砂為宜。
參考文獻(xiàn)：
陳家瓏，人工砂—新型建設(shè)用砂。新型建筑材料，2002.（6）；32-34
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