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  • 淄博地区人工砂在混凝土中的应用分析

  • 发布时间:2017.10.07 新闻来源:淄博庄园混凝土有限公司-中国混凝土行业优秀企业 浏?#26469;?#25968;:
  • 淄博地区人工砂在混凝土中的应用分析
        
    (淄博庄园混凝土有限公司,山东 淄博 255000)

    摘自《工程质量》2017年7期84-87页

    〔摘要〕通过分析淄博地区人工砂在混凝土中的应用情况可知,人工砂颗粒级配可调、稳定性好,用于混凝土生产中砂率易于控制,与胶凝材料及粗骨料间机?#30340;?#21512;力强,其石粉可填充细骨料间孔隙,且具有一定活性,使混凝土更?#29992;?#23454;,显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗强度,具有推广应用的价值。
    〔关键词〕人工砂;颗粒级配;石粉含量;抗?#39592;?#24230;;抗折强度;抗渗强度;聚?#20154;?#20943;水剂
    0 引言
        天然河砂需要经过若干年河水的冲洗、沉淀才能形成,可以说?#19988;?#31181;不可再生资源,而疯狂式开采对河道、环境造成了恶劣破坏。自2006年山东省淄博地区70km区域内已无河砂可采,若从?#26174;?#30340;地区买河砂,运输?#35328;?#26126;显增加。在这种情况下,淄博地区陆续出现了人工机制砂生产企业,从最初对其的不认可、怀疑?#33014;?#26469;生产高强、高性能及各种混凝土都使用人工砂,取得了良好的使用效果并积累了丰富的应用经验。
    淄博地区人工砂应用概况
        淄博地区最初生产人工砂是在河道边,用干涸河?#35272;?#30340;河卵石破碎生产人工砂。河卵石中掺夹着部分细河砂,用这种原料生产的人工砂实际?#19988;?#31181;混合砂。由于生产人工砂原材料的原因,主要是天然砂含量不均匀,含泥量不稳定(多数情况下含泥量偏大),使这一时期(2006年~2009年)生产的人工砂颗粒级配及含泥量极不稳定。由于含泥量不稳定,这一时期聚?#20154;?#20943;水剂未能广泛推广使用。
        淄博地区生产人工砂十年来基本都是采用湿法生产,即石料在制砂机破碎出机过筛过程中,通过水流将过多的石粉冲洗掉。砂中石粉含量的多少主要是通过筛孔大小及水流来控制。水流大的时候生产的人工砂石粉含量少干净,但级配不好,特别是0.315mm以下颗粒偏少,配制出的混凝土和易性不好。水流小的时候,颗粒级配好,石粉及0.315mm以下颗粒含量多,但如果原材料含泥量大,则生产出的人工砂含泥量就可能超标。因此采用湿法生产人工砂,生产线上的筛孔尺寸及水流大小都是非常关键的,根据磨损程度要及时更换筛片,保证颗粒级配符合要求。
        近几年来也有使用石灰石为原料采用干法制砂的少数生产企业及用户。干法制砂石粉不去除,砂中石粉含量在15%左右。这时生产人工砂的原材料一定要干净,不得含有过多泥土、泥块,否则生产出的人工砂含泥量会超标。在人工砂筛分过程中,虽然不用水冲洗去除石粉,但也要采取洒水降尘措施,使人工砂有2%左右的含水率,这样砂在堆放过程中能够保持均匀且减少粉尘。含水率太低,在堆放过程中会造成砂、石粉分离,使砂颗粒级配及石粉含量不稳定,堆放越高分离情况越?#29616;亍?BR>    2009年后淄博环保部门进行环境治理,禁止河道开挖,用河卵石为原料生产人工砂成为历史。现在生产人工砂都用石灰石为原料,材?#31034;?#21248;,含泥量低,颗粒级配、石粉含量可调,使聚?#20154;?#20943;水剂得以快速推广应用。
    对比试验分析
        为分析不同砂原材料性能指标及在混凝土中应用对混凝土强度的影响,论文采用三种不同石粉含量的人工砂(人工砂①、人工砂②采用湿法生产,人工砂③采用干法生产)、天然河砂做一系列试验,结果如下。
    2.1 原材料性能对比试验
        拟采用4?#36136;?#26679;进行对比分析,分别进行筛分析、含泥量、石粉含量试验,结果如表1所示。
                                                             表1对比试验结果

    试样
     

    实际累计筛余/%

    性能指标

    细度模数

    含泥量/%

    石粉含量/%

    MB值

    5.00

    2.50

    1.25

    0.630

    0.315

    0.160

    河砂

    7

    15

    36

    62

    90

    96

    2.8

    0.5

    人工砂①

    1

    30

    54

    73

    86

    91

    3.3

    5.0

    1.0

    人工砂②

    2

    26

    48

    66

    85

    91

    3.1

    9.4

    1.3

    人工砂③

    0

    25

    49

    63

    77

    82

    3.0

    13.2

    0.8

    注:MB值—亚甲蓝值,采用规定的方法测试,用于判定石灰石粉颗粒吸附性能的指标。 
        从试验结果看,天然河砂颗粒级配均匀,属Ⅱ区中砂,含泥量低;人工砂①属Ⅰ区粗砂,石粉含量适中, MB值<1.4(合格);人工砂②属Ⅱ区粗砂,石粉含量偏高,MB值<1.4(合格),但数值偏大;人工砂③不符合标准颗粒级配要求,0.160㎜粒径以下偏多,石粉含量大,不符合标准要求,但MB值低。〔1〕
    2.2混凝土强度试验
        分别对上述4?#36136;?#26679;做混凝土抗压、抗折、抗渗强度试验,结果见表2。
                                                   表2抗压、抗折、抗渗强度试验结果

    编号

    强度等级

    水泥P.O42.5

    矿粉S95级

    粉煤灰Ⅱ级

    石子5~25碎石

    聚?#20154;?#39640;性能减水剂

    拌合物状态

    28天强度(Mpa)

    河砂

    人工砂①

    人工砂②




    坍落度
    (mm)

    扩展度
    (mm)

    和易性

    抗压

    抗折

    抗渗

    1

    C25

    205

    85

    50

    846

    1035

    164

    5.1

    180

    510×520

    良好

    35.3

    2

    C25

    205

    85

    50

    900

    978

    167

    5.1

    185

    530×550

    良好

    37.1

    3

    C25

    205

    85

    50

    877

    990

    178

    5.1

    170

    470×480

    流动性小

    34.0

    4

    C25

    205

    85

    50

    845

    1033

    167

    5.1

    195

    570×590

    很好

    39.5

    5

    C30

    230

    90

    60

    811

    1033

    165

    6.1

    190

    570×580

    良好

    41.6

    4.8

    P11

    6

    C30

    230

    90

    60

    866

    976

    167

    6.1

    195

    550×590

    良好

    42.6

    5.3

    P13

    7

    C30

    230

    90

    60

    841

    988

    180

    6.1

    180

    510×530

    良好

    39.2

    4.7

    P10

    8

    C30

    230

    90

    60

    810

    1032

    167

    6.1

    205

    600×620

    很好

    45.9

    5.7

    P15

    9

    C40

    295

    100

    65

    743

    1025

    165

    8.3

    210

    650×660

    很好

    54.7

    10

    C40

    295

    100

    65

    794

    971

    168

    8.3

    200

    610×630

    很好

    53.4

    11

    C40

    295

    100

    65

    770

    981

    182

    8.3

    190

    550×560

    良好

    49.1

    12

    C40

    295

    100

    65

    741

    1023

    169

    8.3

    215

    630×650

    很好

    57.2

    13

    C50

    360

    105

    70

    670

    1021

    168

    10.6

    215

    650×650

    很好

    61.5

    14

    C50

    360

    105

    70

    720

    969

    170

    10.6

    200

    610×620

    很好

    63.1

    15

    C50

    360

    105

    70

    698

    978

    183

    10.6

    200

    590×610

    很好

    57.8

    16

    C50

    360

    105

    70

    668

    1019

    172

    10.6

    210

    640×650

    很好

    63.7

       通过以上试验结果看出,用石粉含量13.2%、MB值0.8的人工砂③拌制的混凝土和易性最好,抗压、抗折、抗渗强度最高;用石粉含量9.4%, MB值1.3的人工砂②拌制的混凝土虽然各项性能基本符合要求,但与其他三种砂拌制的混凝土相比,流动性最差,用水量最多,抗压、抗折、抗渗强度最低。这说明MB值低纯净的石粉对聚?#20154;?#20943;水剂的适应性、混凝土拌和用水量没有影响,能够提高混凝土的密实度,且具有一定活性,能参与水化反应、产生强度。当使用MB值合格,但数值偏大、石粉含量偏多的人工砂拌制混凝土时,聚?#20154;?#20943;水剂的适应性受到影响,拌和用水量增加,混凝土强度降低,这主要是混凝土中由人工砂带入的泥粉总体数量偏多原因造成的。用纯净的高石粉含量的人工砂配制低强度等级的混凝土,其对和易性改善、强度的增加最有利。在?#31995;?#24378;度等级的混凝土中,由于石粉填充了细集料间胶凝材料不足形成的孔隙,使混凝土抗压、抗折、抗渗强度增加。从混凝土试件破坏断面看,用人工砂配制的混凝土,骨料与胶凝材料间更密实,机?#30340;?#21512;力更强。
        住建部JGJ/T318-2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》(以下简称“JGJ/T318-2014?#20445;?#24050;于2014年10月1日实施。该规程规定了以一定纯度的石灰石为原料,经粉磨?#26009;?#24230;≤15%(45μm方孔?#24178;?#20313;)的石灰石粉,可作为矿物掺合料应用到混凝土中。采用普通硅酸盐水泥拌?#32856;?#31563;混凝土,水胶比>0.40时,石灰石粉最大掺量可到20%,;水胶?#21462;?.40时,石灰石粉最大掺量可到25%。配合比计算时,规程规定石灰石粉用量应计入胶凝材料用量[2]
       人工砂中石粉细度(45μm方孔?#24178;?#20313;)一般在20%左右,相当于Ⅱ级粉煤灰细度,尽管比JGJ/T318-2014规程要求的石灰石粉?#28304;鄭?#20294;只要洁净,含泥量低,其对混凝土强度及各项性能是有益的。我们做过掺用人工砂中石粉与Ⅱ级粉煤灰对聚?#20154;?#20943;水剂适应性对比试验,结果证明两种材料的适应性基本一致,且洁净的石粉对聚?#20154;?#20943;水剂适应性更好。
    3   淄博地区人工砂在混凝土中应用遇到的问题
        人工砂做为天然河砂的替代产品在我国很多城市建设中已被大量使用。淄博地区的商品混凝土生产除个别用户提出必须用河砂外,基本使用人工砂。只要生产人工砂的原材料质量可靠,不采用风化岩石,压碎指标、颗粒级配符合标准要求,亚甲蓝试验MB值<1.4,?#20998;?#31283;定,石粉含量可适当放宽,通过混凝土试配试验,选择合适的砂率,使用效果都是非常好的。
    淄博地区在使用人工砂过程中也遇到了一些问题,主要是初期对人工砂认识不足及在城市建设规模大、原材料紧张时,人工砂生产质量下降对混凝土质量控制造成影响。
    3.1对人工砂的认识问题
        在推广使用人工砂初期(2006~2008年),?#38553;?#29992;户不接受,混凝土生产大多是人工砂与河砂掺配使用。那时用户主要是担心人工砂石粉含量多,使用人工砂生产混凝土,会使混凝土裂缝增多。但经过几年的使用,逐步认识到混凝土早期裂缝的产生,主要是混凝土早期失水,养护不及时、不足造成的,采取正确的施工养护方法后裂缝可避免。如现浇板混凝土浇筑后采取及时覆盖塑料薄膜,严禁过早上人、上?#31245;?#25514;施后,基本解决了现浇板裂缝问题。
        现在仍有极个别用户提出使用河砂生产混凝土。主要是路面及水工有耐久性要求(如抗?#24120;?#30340;混凝土。
    路面混凝土不愿用人工砂原因是,有人认为使用人工砂容?#33258;?#25104;路面起砂。其实路面起砂的根本原因是混凝土表面强度低。主要影响因素有:(1)混凝土设计强度过低或坍落度、水灰比过大;(2)混凝土振捣、抹压不密实,抹面处理不好;(3)混凝土掺加粉煤灰量过大,表面养护不及时、不充分使混凝土表面强度降低。只要注意以上三点,可有效避免混凝土路面起砂问题,与使用人工砂没有关系。
        通过以上试验结果看,使用人工砂配制的混凝土抗折强度明显高于天然河砂配制的混凝土。路面混凝土一般有抗折强度要求,用人工砂生产路面混凝土,抗折强度会明显提高。
    使用人工砂生产水工混凝土,现在仍有人认为其耐久性不如河砂。我们没有做过用人工砂、河砂配制混凝土的耐久性对比试验。但我们使用人工砂生产供应的C30、F150工程,混凝土取样做抗冻性试验都能达到标准要求。使用人工砂配制的混凝土比使用河砂配制的混凝土更密实。一般来说,混凝土密实度高,其抗渗、抗冻能力就越强。
      3.2人工砂的质量控制问题
        在人工砂使用初期,由于制砂企业对制砂工艺不熟悉,技术水?#38477;停隙?#20225;业生产的人工砂存在颗粒级配不合格、石粉含量不稳定,影响了人工砂的推广应用。但没用两年时间,淄博地区大部分制砂企业即能生产出合格的人工砂。
       现在生产工艺、技术水平已不是问题,而供需矛盾成为影响人工砂?#20998;?#30340;关键因素。
       前几年房地产过热时,及近两年来由于国家加大环保治理力度,大批规模较小、环保治理不达标及离城市较近的砂、石料厂被关停。砂、石供应?#29616;?#30701;?#20445;?#21407;材料供应紧张。个别人工砂生产企业质量控制不严,造成人工砂含泥量、石粉含量控制不稳定,颗粒级配不好,影响了混凝土拌合物性能及硬化后混凝土质量。特别是用级配不合格、颗粒较粗的人工砂配制的混凝土和易性、施工性能不好,密实度不高,影响了其强度及耐久性。个别含泥量?#32454;?#30340;人工砂对聚?#20154;?#20943;水剂的使用造成影响,使混凝土质量?#23721;园?#25511;。
        目前我国的砂、石料生产企业大多是散、?#20063;睿?#32570;乏从源头上进行质量监管。这就造成了在城市建设用量小、原材料供应充足时,制砂企业自身控制好,砂质量易保证。而在城市建设用量大、原材料供应紧张时,制砂企业即放松质量控制,人工砂质?#23458;?#20840;要靠用户来选择控制,给预拌混凝土企业质量控制造成很大压力。
    4 几点体会
        淄博地区的人工砂,从普通混凝土到高强、高性能混凝土、大体积混凝土、道路混凝土、抗渗混凝土、抗冻混凝土等各领域多种混凝土中得到了广泛应用。总结十年应用经验,有如下几点体会。
    1)确定人工砂生产厂家时,一定要选择规模?#27927;蟆?#21046;砂原材料及质量控制稳定的厂家。杜绝掺用风化岩石及含泥量高的石屑(加工石子产生的细骨料)生产人工砂。
    2)配制混凝土时,宜采用细度模数3.2以下,0.315mm以下颗粒在15%以上的人工砂。细度模数偏大,0.315mm以下细颗粒偏少的人工砂拌制的混凝土和易性不好。和易性不好会影响混凝土很多性能,首先是泵送及施工操作性不好,混凝土密实程度不高,同时影响混凝土的抗压、抗渗等强度及耐久性。当对混凝土耐久性有设计要求时,应采用MB值小于1.4的人工砂,且应进行相关耐久性试验验证。[3]
    3)使用符合要求的人工砂比天然河砂(天然河砂含石率不好控制)颗粒级配更稳定,混凝土生产中砂率更易控制。采用?#20998;?#31283;定的人工砂非常适合掺用聚?#20154;?#20943;水剂配?#32856;?#24615;能混凝土。
    4)人工砂中石粉含量15%以下,亚甲蓝试验MB值合格,数值偏低,其对混凝土用水量及强度影响不大。石粉对混凝土性能的影响不同于泥粉,原因是:①石粉颗粒具有一定活性,对混凝土强度有贡献;②石粉颗粒通常不具有湿胀干缩性能。且石粉填充了细骨料之间的空隙,混凝土更密实,因此洁净的石粉对混凝土强度及各项性能是有益的。
    5)人工砂属多棱角颗粒,与胶凝材料及粗骨料间机?#30340;?#21512;力强,比表面大,特别有利于混合材的大量掺加。使用人工砂配制的混凝土可显著提高混凝土的抗压、抗折、抗渗强度。
    6)使用人工砂生产的混凝土,在混凝土浇筑后只要?#32454;?#25353;?#23637;?#33539;要求,采取及时、有效的保湿养护,保证混凝土早期不失水,可避免混凝土出现早期塑性收缩裂缝。如果做不到这一点,即使使用河砂也不可避免要出现裂缝。如现浇板工程施工时,只要采取在混凝土浇筑抹面完成的同时,随即覆?#19988;?#23618;塑料薄膜保湿养护,严禁过早上人及上?#31245;兀?#21363;可有效解决现浇板裂缝问题。
    参考文献
    〔1〕中国建筑科学研究院. JGJ52-2006 普通混凝土用砂、石质量及检验方法、标准 [S].?#26412;?#20013;国建筑工业出版社,2006.
    〔2〕中国建筑科学研究院. JGJ/T318-2014 石灰石粉在混凝土中应用技术规程 [S].?#26412;?#20013;国建筑工业出版社,2014.
    〔3?#25345;?#24198;大学. JGJ/T241-2011人工砂混凝土应用技术规程 [S].?#26412;?#20013;国建筑工业出版社,2011.
    作者简介:张波(1967—),男,高级工程师,总工程师。
    通信地址:山东省淄博市周村区南郊镇李家工业园。
    ?#25910;?#32534;码:255000,办公电话:0533-7980778。

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