淺談機(jī)制砂的研究與應(yīng)用

摘　要:介紹了國內(nèi)外機(jī)制砂的應(yīng)用情況,通過相關(guān)試驗的研究,得出機(jī)制砂含量對水泥拌合物性能的影響,論述了機(jī)制砂的技術(shù)要求,通過應(yīng)用實例驗證了機(jī)制砂的可行性。

關(guān)鍵詞:機(jī)制砂,使用性能,水泥拌合物

中圖分類號: TU521. 1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

1 　機(jī)制砂應(yīng)用概述

1. 1 　國內(nèi)外應(yīng)用機(jī)制砂的情況在美、英、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家使用人工砂(機(jī)制砂) 作為混凝

　　土細(xì)骨料已有30 多年歷史,在各種建筑工程中應(yīng)用比較普遍,關(guān)于機(jī)制砂的材料與試驗、使用標(biāo)準(zhǔn)已相當(dāng)完善。而我國在建筑方面采用機(jī)制砂從20 世紀(jì)60 年代已經(jīng)起步,但河砂、江砂等天然砂的使用還比較普遍,1973 年國家建委在貴州省召開了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用的論證會,通過建材業(yè)和建筑業(yè)的經(jīng)驗交流,肯定了研究成果,并制定了《機(jī)制砂混凝土技術(shù)規(guī)程》。自此,機(jī)制砂的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大,由建筑行業(yè)擴(kuò)大到公路、鐵路、水電、冶金等系統(tǒng),由擋護(hù)工程擴(kuò)大到橋梁、隧道及水工工程,從砌筑砂漿發(fā)展到普通混凝土、鋼筋混凝土,預(yù)應(yīng)力混凝土、泵送混凝土、氣密性混凝土及噴錨支護(hù)等工程。但是由于試驗標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范的不完善及試驗材料的滯后,我國建筑業(yè)對天然砂還存在較強(qiáng)的依賴性,在許多重要結(jié)構(gòu)中對機(jī)制砂的使用還存在限制條件。采用機(jī)制砂多數(shù)是在天然砂供應(yīng)不足或經(jīng)濟(jì)比選相差懸殊時不得已而為之的方案。

1. 2 　在建筑施工中大量應(yīng)用機(jī)制砂勢在必行

　　砂是混凝土組成的主要材料,隨著建筑業(yè)發(fā)展和對建筑工程質(zhì)量的重視,建筑市場用砂數(shù)量越來越大,質(zhì)量上要求越來越高,而合格的天然砂資源卻越來越少,由此引發(fā)的工程質(zhì)量,破壞農(nóng)田、水利資源問題日趨嚴(yán)重,砂生產(chǎn)也因資源的變化而有所改變,建筑用砂的質(zhì)量和數(shù)量對建筑市場的影響日益明顯。承認(rèn)人工砂合格的建材地位并加以規(guī)范利用是勢在必行的。

2 　使用機(jī)制砂與天然砂對比試驗結(jié)果

2. 1 　堅固性與耐久性試驗

　　機(jī)制砂的堅固性能比河砂稍差,但仍然達(dá)到GB/ T 141684293標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)等品指標(biāo),在普通混凝土中使用不存在問題。但在經(jīng)常遭受摩擦沖擊的混凝土構(gòu)件中使用,除必須摻用外加劑,還應(yīng)控制混凝土的灰砂比和砂的壓碎指標(biāo)與石粉含量。

2. 2 　機(jī)制砂石粉含量對水泥拌合物性能的影響

2. 2. 1 　水泥的試驗

　　為探明機(jī)制砂中的石粉對水泥性能的影響,按內(nèi)摻法將粒徑小于75μm 的石粉摻入水泥中試驗。結(jié)果表明:石粉取代部分水泥后,對凝結(jié)時間和安定性均無影響。當(dāng)取代量小于5 %時,水泥強(qiáng)度略有提高(1 %～4 %) ,其原因主要是石粉中的碳酸鹽在水泥水化過程中與水泥的鋁硅酸鹽形成碳鋁酸鹽,使水泥強(qiáng)度得以提高;當(dāng)取代量大于10 %時,隨取代量的增加水泥強(qiáng)度呈直線下降,原因是水泥的鋁成分有限,過多的石粉只能起惰性料的填充作用,反而降低水泥的活性。

2. 2. 2 　砂漿試驗

　　采用兩種水泥在配合比相同條件下,摻入不同比例的石粉(顆粒粒徑小于75μm) 拌制砂漿,試驗結(jié)果表明:

　　a. 有石粉的砂漿強(qiáng)度都要比無石粉者高。

　　b. 石粉能充分填充顆粒間的空隙,提高拌合物的密實度,使砂漿容重隨石粉的增加而變大。

　　c. 石粉的存在加大了砂的比表面積,拌合物的需水量相應(yīng)增多,故砂漿稠度隨石粉增加而減少。

2. 2. 3 　混凝土試驗

　　結(jié)果表明:在水灰比相同的條件下,機(jī)制砂中小于75μm 的砂粉含量在30 %以下時除高等級混凝土的抗壓強(qiáng)度略低于中砂(河砂) 混凝土外,其他的抗折、抗拉、抗壓強(qiáng)度以及鋼筋的粘結(jié)力都高于河砂混凝土,參照有關(guān)國外文獻(xiàn)資料的結(jié)論相符。

2. 3 　混凝土耐久性試驗

　　根據(jù)GBJ 82285 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn);混凝土抗壓疲勞強(qiáng)度試驗荷載采用受壓穩(wěn)定脈沖荷載試驗荷載循環(huán)次數(shù)為200 萬次,下限應(yīng)力與上限應(yīng)力的比值稱為荷載循環(huán)特征系數(shù)( P) ,為0. 15 。在此條件能承受200 萬次反復(fù)荷載不破壞,即可在橋梁等混凝土結(jié)構(gòu)物使用。試驗結(jié)果表明,機(jī)制砂混凝土能夠滿足這方面的要求,在自然條件的外力作用下影響混凝土建筑物壽命的諸多因素,一般認(rèn)為凍融交替是主要環(huán)節(jié),機(jī)制砂混凝土能夠滿足技術(shù)規(guī)范要求。同時,機(jī)制砂密度大,空隙率小,有利于提高混凝土抗壓彈模的受壓徐變強(qiáng)度。機(jī)制砂的收縮率比河砂混凝土略小,主要受石粉含量的影響。根據(jù)國外有關(guān)資料介紹,混凝土的收縮率隨集料小于75μm 粉塵含量的增加而變大,所以使用機(jī)制砂時(特別是高強(qiáng)混凝土) 除摻用外加劑,降低用水量和加強(qiáng)攪拌搗振、養(yǎng)護(hù)外,還應(yīng)適當(dāng)限制75μm 的粉塵用量。

3 　機(jī)制砂的技術(shù)要求

3. 1 　技術(shù)指標(biāo)要求

　　GB/ T 1468422001 建筑用砂中的對機(jī)制砂的顆粒級配與天然砂的級配基本相同,只是50μm 的篩有些放寬,這主要原因是根據(jù)以往應(yīng)用機(jī)制砂的經(jīng)驗特征所規(guī)定的。

3. 2 　亞甲藍(lán)MB 值

　　亞甲藍(lán)MB 值檢驗專門用于檢測小于75 μm 的物質(zhì)是純石粉,還是泥土的一種檢驗方法。由于機(jī)制砂的外貌特征與天然砂不同,天然砂外觀呈黃色,含泥量高低從外觀上可以判定其多少。而機(jī)制砂多數(shù)呈灰白色或黑色,顆粒尖銳,看上去石粉很多。機(jī)制砂的石粉含量根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級分別定為3 % ,5 % ,7 % ,比天然砂含泥量相對放寬2 %。為防止機(jī)制砂在開采加工過程中因各種因素?fù)饺脒^量的泥土,在GB/ T 1484622001 建筑用砂中規(guī)定了測試機(jī)制砂石粉含量時必須先進(jìn)行亞甲藍(lán)MB 值的檢驗或快速檢驗,而且都定為砂材料出廠(場) 和施工時現(xiàn)場復(fù)試的必檢試驗項目。亞甲藍(lán)MB 值檢驗檢測結(jié)果,合格的機(jī)制砂石粉含量按3 % ,5 % ,7 %控制使用;亞甲藍(lán)值的檢驗檢測結(jié)果,不合格的機(jī)制砂的石粉含量按1 % ,3 % ,5 %(與天然砂的含泥量相同) 控制使用,這樣就避免了因機(jī)制砂的石粉含量過高而給混凝土帶來的負(fù)作用。

3. 3 　石粉的控制觀點

　　由于石粉的存在對其拌合物的作用有有利的方面也有不利的方面,因此可以對石粉進(jìn)行控制使用。國際上對機(jī)制砂石粉的要求有所不同。美國耐磨混凝土小于5 % ,用于普通混凝土小于7 % ,用于砂漿小于10 %;英國對于重載混凝土的機(jī)制砂石粉含量要求小于8 % ,對于用普通混凝土機(jī)制砂石粉含量15 %;日本對用于混凝土機(jī)制砂石粉含量要求是小于7 %。由于我國建筑業(yè)應(yīng)用機(jī)制砂處于起步階段,而我國地域廣闊,礦產(chǎn)復(fù)雜,各地生產(chǎn)和使用機(jī)制砂的水平相差很大,因此國標(biāo)在對石粉的控制要求偏于亞甲藍(lán),但根據(jù)多次使用機(jī)制砂及株六鐵路復(fù)線、四川高縣惠澤水庫施工中針對石粉對混凝土性能影響展開的大量試驗數(shù)據(jù)可以證明,對機(jī)制砂石粉含量可以放寬標(biāo)準(zhǔn)使用,可參照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗后確定控制含量:配制強(qiáng)度等級大于C30 的混凝土機(jī)制砂石粉含量小于10 % ,配制強(qiáng)度等級為C20～C30 的混凝土機(jī)制砂的石粉含量小于15 %。配制強(qiáng)度等級小于C20 的混凝土機(jī)制砂的石粉含量小于20 %。

　　用機(jī)制砂配制混凝土與天然砂無大的區(qū)別,一般來講,同坍落度的前提下,機(jī)制砂的用水量要稍大些,但要根據(jù)施工條件及結(jié)構(gòu)物和運(yùn)輸?shù)纫蛩乜紤]。但對混凝土的強(qiáng)度基本不變;用機(jī)制砂配制泵送混凝土等特種混凝土?xí)r注意砂率不宜過高,防止降低混凝土強(qiáng)度和耐久性等工程質(zhì)量。

4 　應(yīng)用實例

　　四川省宜賓市高縣惠澤水庫樞紐工程,是一座以灌溉為主。中鐵十五局集團(tuán)承建的主要任務(wù)為攔河大壩,壩頂高程482 m ,最大填高60. 2 m ,壩頂軸線長226 m ,壩體采用C15 混凝土砌條石重力壩。水庫樞紐工程澆筑C15 ,C25 ,C30 混凝土101 973 m3 ,需地材188 649 m3 ,其中砂用量66 282 m3 ,按照計算對比,采用機(jī)制砂與遠(yuǎn)運(yùn)天然砂價差達(dá)33 元/ m3 ,除動建砂場的費(fèi)用30 萬元,節(jié)約投資189 萬元,該公司著手進(jìn)行了機(jī)制砂應(yīng)用在水工混凝土中的試驗研究;在株六復(fù)線鐵路建設(shè)中,由于地處貴州山區(qū),河砂少,山砂質(zhì)量保證不了混凝土的質(zhì)量,如采用火車遠(yuǎn)運(yùn)砂,差價達(dá)12 元/ m3 之多,僅該公司用砂8 萬余m3 ,全線大多數(shù)施工單位均采用機(jī)制砂,其經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

5 　結(jié)語

　　在工程建設(shè)過程中,砂石作為混凝土結(jié)構(gòu)材料的重要組成部分,其質(zhì)量優(yōu)劣對整個工程的質(zhì)量及耐久性具有舉足輕重的影響。在滿足用砂性能指標(biāo)的前提下,選用經(jīng)濟(jì)可行的方案,既要滿足施工質(zhì)量要求,又要有效地控制生產(chǎn)成本,這樣在天然砂資源缺乏的地區(qū),使用優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂進(jìn)行混凝土施工生產(chǎn)不僅是可行的,其綜合效益也是顯著的。同時在機(jī)制砂使用中,也可以進(jìn)行建筑材料學(xué)科方面的研究試驗,積累經(jīng)驗,為學(xué)科的發(fā)展奠定基石。

參考文獻(xiàn):

[1 ]李　溪. 滸泊機(jī)制砂與河砂混凝土力學(xué)性能的對比研究[J] .山西建筑,2005 ,31 (8) :1122113.

On research and appl ication of machine2made sand

SU Bin

Abstract :The application of machine2made sand at home and abroad and the advantages and disadvantages of its functional performance are in2troduced in this paper. Through researching relevant experiments , the author educes the influences of machine2made sand’s content on cementmixture , discusses its technical requirement and attentions in selecting concrete mixture ratio , and proves the feasibility of machine2made sandby examples of application.

Key words :machine2made sand , functional performance , cement mixture