河南地區(qū)商品混凝土用人工砂應(yīng)用問題及思考

鄭洋威 劉琬真 崔艷玲 薛 飛

1河南省萬測工程檢測有限公司（450002） 2河南省建科院工程檢測有限公司（450002）3河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450002）

砂是生產(chǎn)混凝土最主要的原材料，占集料40%左右，以往主要采用天然河砂，經(jīng)過多年的建設(shè)開采，天然河砂的資源急劇的減少，有些地區(qū)天然河砂已近枯竭。且近期隨著環(huán)保力度的加強，地方政府為保護江堤河壩、保護生態(tài)平衡，加大了禁采力度，使得天然河砂一直處于緊缺或無砂可供狀態(tài)。近年建筑市場用砂供應(yīng)持續(xù)緊張，價格快速上漲，2018年砂普遍漲價60～120元/t。目前天然砂資源緊張，人工砂作為天然砂的替代品，使用比例快速升高。

人工砂的優(yōu)點是材料來源廣泛，質(zhì)量易于把控，經(jīng)合理調(diào)控使用性能同河砂相當，能夠滿足建設(shè)需求，而且應(yīng)用成本具有巨大優(yōu)勢，是未來建設(shè)市場的發(fā)展方向，對環(huán)境保護也非常有利。采用人工砂生產(chǎn)混凝土將帶來巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，是混凝土應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。

但是，伴隨著人工砂需求量的增加，各種應(yīng)用問題相應(yīng)產(chǎn)生，由于生產(chǎn)人工砂的工藝、設(shè)備落后及生產(chǎn)商對質(zhì)量把控不嚴等原因，導(dǎo)致人工砂的石粉含量大、含泥量大、顆粒不規(guī)整、級配不合理，這些質(zhì)量良莠不齊的人工砂給混凝土的生產(chǎn)帶來了不小的困擾，多地發(fā)生混凝土質(zhì)量問題。文章就此問題展開調(diào)查研究。

1 河南地區(qū)人工砂應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)查

河南地區(qū)的混凝土生產(chǎn)用砂，大量來自淮河流域，淮河天然砂以其穩(wěn)定的質(zhì)量占有河南地區(qū)建筑用砂的半壁江山。伴隨著環(huán)保治理的加強，淮河采砂量逐年減少，2018年出臺了全面禁采的文件。天然砂的資源短缺造成人工砂的大行其道，豫南地區(qū)的人工砂大多來自河南與湖北交界地區(qū)，湖北居多。人工砂均以當?shù)貛r石破碎加工生產(chǎn)，以灰色或灰白色沉積巖（當?shù)厮追Q青石）生產(chǎn)的人工砂，質(zhì)量較好，總壓碎值指標均在15%以下，顆粒級配連續(xù)，應(yīng)用效果良好，和天然砂幾乎沒有區(qū)別，屬上等產(chǎn)品；以卵石和山體落石等生產(chǎn)的人工砂，總壓碎值指標在15%～20%，受加工工藝的限制個別顆粒不夠規(guī)整，顆粒級配基本連續(xù)，應(yīng)用效果尚好，屬中等產(chǎn)品；以山體表層巖石和黏土巖生產(chǎn)的人工砂，總壓碎值指標多在20%～25%，部分總壓碎指標超過30%，含泥量大，因為山體表層巖石多含有風化石，其抗風化性能差，破碎過程中很容易產(chǎn)生明顯的巖層，屬下等產(chǎn)品。豫南地區(qū)和湖北地區(qū)有一種黏土巖，當?shù)胤Q為“麻骨石”，該巖石石質(zhì)松軟，夾雜閃光礦物質(zhì)，總壓碎值指標多在25%以上，配制低標號混凝土有使用實例，但是其耐久性還沒有系統(tǒng)的研究，應(yīng)用需謹慎。

豫中地區(qū)的人工砂大多來自魯山、禹州、新密和鞏義等地區(qū)。其特點是以石灰?guī)r、白云巖破碎為主，夾雜部分山體表層巖石，總壓碎值指標為15%～20%，受該產(chǎn)地巖石的特性和破碎分選工藝的影響，顆粒級配多不連續(xù)，一般輔以特細砂混合使用。

豫北地區(qū)人工砂大多來自新鄉(xiāng)、焦作、安陽等地的石灰?guī)r，其壓碎值在15%～18%，但是顆粒異性較多，級配多不連續(xù)，一般輔以特細砂或石粉配合使用。

河南地區(qū)人工砂的突出的問題是MB值不合格，含泥量（主要是泥粉含量）普遍較高，顆粒級配不連續(xù)，對混凝土和易性影響明顯，給混凝土的配制帶來難題。實際應(yīng)用過程中標號C40以下的商品混凝土可以全部采用人工砂，以各類人工砂調(diào)配使用居多，C40以上商品混凝土一般以天然砂和人工砂配合使用。

2 人工砂性能評價標準待完善

目前建筑用砂的國家現(xiàn)行標準由 《建筑用砂》GB/T 14684—2011和《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》JGJ 52—2006，其中對顆粒級配（細度模數(shù)）、石粉含量、壓碎指標等做了相應(yīng)的技術(shù)要求，結(jié)合當前人工砂應(yīng)用過程中的諸多問題，僅此技術(shù)指標并不能給人工砂的應(yīng)用做科學(xué)全面的指導(dǎo)。如的顆粒級配（細度模數(shù)）參數(shù)，僅僅給出相應(yīng)的細度模數(shù)，并不能有效指導(dǎo)人工砂的應(yīng)用，還應(yīng)將分級篩余納入技術(shù)指標。因為上述國家現(xiàn)行標準所設(shè)置技術(shù)指標，更多的是表征天然砂的質(zhì)量。河砂是天然石在自然狀態(tài)下，經(jīng)水的作用力長時間反復(fù)沖撞、摩擦產(chǎn)生的，其表面有一定光滑性，顆粒渾圓，而人工砂是由機械破碎而成，顆粒形狀不規(guī)則，其粒形多數(shù)為三角形、方矩形、針狀、片狀等，顆粒表面粗糙，多尖銳棱角。且由于礦石來源的問題，很多礦石含有大量的泥塊、風化石、風化頁巖、輕物質(zhì)等不良雜質(zhì)。

因此要全面表征人工砂的質(zhì)量，應(yīng)加強調(diào)查研究，制訂人工砂的應(yīng)用標準，增加砂的分計篩余、石粉的MB值、石粉流動度比、吸水率、砂的需水量比等新的技術(shù)指標，對人工砂的級配、粒形、石粉含量提出了新的表征方法，引導(dǎo)混凝土配合比設(shè)計更加重視骨料體系的設(shè)計與優(yōu)化，更加重視級配、粒形的作用，更加科學(xué)認識、合理使用人工砂中的石粉等副產(chǎn)品。

3 人工砂的特性對混凝土性能的影響

混凝土的性能主要包括工作性和28 d抗壓強度，其中工作性包括流動性、粘聚性、保水性和易振性，其主要測試方法有坍落度試驗和維勃稠度試驗。人工砂因為級配不佳，各粒徑的顆粒組成比例差異較大，與最大密度理論曲線有所偏差，且顆粒尖銳棱角多、表面粗糙，對混凝土的工作性易造成坍落度損失大、拌合物泌水、粘聚性較差及泵送混凝土壓力大等問題。雖然人工砂的表面粗糙和顆粒尖銳對骨料和水泥的黏結(jié)有利，但骨料間的內(nèi)摩擦較大，阻止了混凝土的流動。

為改善解決上述問題，適中的石粉含量對混凝土的工作性十分重要。試驗結(jié)果表明，石粉含量較低時，混凝土?xí)霈F(xiàn)粘聚性差、泌水的情況，坍落度小，流動性不足，坍落度試驗中混凝土錐體自行坍塌。適當提高人工砂中的石粉含量，可使得混凝土變黏，包裹性更好，一定程度上改善了混凝土的泌水性和粘聚性，坍落度也增加明顯，但過量石粉會使其需水量急劇增加，提高混凝土黏性，降低混凝土流動性和工作性，通常石粉含量在7%~9%時，會有較好的工作性，各方面性能均衡，應(yīng)用效果較好。人工砂對混凝土力學(xué)性能的影響主要取決于人工砂的母巖巖性、人工砂級配、含泥量、石粉含量，人工砂的外觀使砂顆粒之間的咬合比較緊密，在級配較好的情況下，人工砂對混凝土的強度有一定的提升，而石粉可以作為混凝土的微骨料，且具有輕微的活性，可以與水泥發(fā)生反應(yīng)，石粉還可誘導(dǎo)水泥水化產(chǎn)物析晶，加速水泥的水化反應(yīng)，在石粉含量不超過15%的情況下，石粉對混凝土的力學(xué)性能基本是向有利方向發(fā)展的，超過15%時會對混凝土強度造成不利影響。

4 制約人工砂應(yīng)用的因素及對策

目前制約人工砂應(yīng)用的主要原因是市場上人工砂質(zhì)量不容樂觀，大部分企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)工藝落后，為節(jié)省成本常采用邊角廢料生產(chǎn)人工砂，造成人工砂質(zhì)量不穩(wěn)定，級配波動大，含泥量超標，施工單位難以掌控，忌憚心理排斥使用。為解決這一問題需要行業(yè)主管部門加強引導(dǎo)，抓大放小，培養(yǎng)優(yōu)勢企業(yè)，淘汰落后產(chǎn)能，提高人工砂的質(zhì)量。高速公路建設(shè)由于用量大，為把控質(zhì)量，可自建人工砂生產(chǎn)線，購進合格粗集料自行生產(chǎn)，可有效控制人工砂質(zhì)量。

主管部門對人工砂的利用持保守態(tài)度，甚至下發(fā)紅頭文件限制甚至禁止使用人工砂，明確規(guī)定人工砂僅能應(yīng)用于附屬工程，要求現(xiàn)澆、懸澆、斜拉等重要橋梁、預(yù)制梁板、隧道、房建等主體結(jié)構(gòu)暫不采用人工砂。由于政策因素制約，導(dǎo)致建設(shè)及施工單位應(yīng)用人工砂政策阻力較大，往往需要多方溝通論證才能在部分工程中少量應(yīng)用。而目前河砂資源枯竭，人工砂必將逐步替代河砂成為主流。因此，行業(yè)主管部門需鼓勵人工砂的應(yīng)用，對建設(shè)項目工程質(zhì)量管控、成本工期控制將起到重大作用。

由于人工砂應(yīng)用不廣泛，造成能熟練掌握人工砂生產(chǎn)和人工砂混凝土配比的專業(yè)技術(shù)人員短缺，也在一定程度上制約了人工砂的應(yīng)用推廣。應(yīng)加強人才的引進與培養(yǎng)，一般來說經(jīng)過兩個月左右的試配應(yīng)用，大部分混凝土試驗員基本能掌握人工砂混凝土的配制和生產(chǎn)。同時引進先進人工砂成產(chǎn)設(shè)備，以優(yōu)良的設(shè)備克服人員技術(shù)和管理不足的問題，經(jīng)過一段時間的磨合積累，循序漸進的提高。

5 結(jié)語

文章通過分析研究發(fā)現(xiàn)在科學(xué)合理的混凝土配比確?；炷列阅艿那疤嵯?，使用人工砂生產(chǎn)混凝土可大幅降低混凝土成本，按目前材料單價，每方混凝土節(jié)省材料成本約52.53元，節(jié)約幅度約11%，同時其社會效益和環(huán)保效益顯著。

目前制約人工砂混凝土推廣應(yīng)用發(fā)展的主要因素有人工砂質(zhì)量、政策和專業(yè)人才短缺造成的技術(shù)缺乏等因素，文章也提出了解決途徑。推廣人工砂的應(yīng)用，加強人工砂的科研、提高人工砂產(chǎn)品質(zhì)量，推廣和提高人工砂混凝土的配制和生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)，相信在目前河砂難求及建設(shè)工程大力推進的大背景下，人工砂的應(yīng)用必將越來越廣，應(yīng)用技術(shù)必會穩(wěn)步提高，性能將達到或者超過河砂混凝土。