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淺談人工砂取代河砂在混凝土中的應(yīng)用論文
1 引言
我國天然砂的產(chǎn)源具有地域性的區(qū)別，其資源是有限的，同時(shí)如果大量開采會(huì)造成生態(tài)環(huán)境的破壞。隨著我國工程建設(shè)事業(yè)的迅猛發(fā)展，越來越多天然砂被消耗了，因此天然砂的數(shù)量和質(zhì)量不斷減少，隨之增長的是天然砂的價(jià)格，在這種情況下，迫切需要尋求新的砂資源取代天然砂。
人工砂是一種新型的建筑用砂，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)批準(zhǔn)使用。人工砂在混凝土中的應(yīng)用，不僅可以解決天然砂資源有限的問題，同時(shí)還能有效地滿足混凝土的需要。在混凝土的生產(chǎn)過程中，合理地利用人工砂，在降低資源消耗的基礎(chǔ)上可以有效地提高混凝土的性能，這對我國環(huán)境保護(hù)具有非常重要的意義。因此，人工砂取代河砂在混凝土中的應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，符合我國國情發(fā)展的需要。
2 人工砂的基本特性
根據(jù)我國建筑用砂標(biāo)準(zhǔn)，按照砂來源的不同分成兩種，分別為天然砂和人工砂。其中天然砂主要包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂，而人工砂主要是指經(jīng)除土處理的機(jī)制砂和混合砂。機(jī)制砂主要是巖石顆粒采用機(jī)械破碎的方式制作而成，并用篩去除粒徑超過4.75mm 的顆粒，但是巖石原料不采用軟質(zhì)巖和風(fēng)化巖。人工砂具有以下幾點(diǎn)重要的基本特性：
�、湃斯ど笆遣捎脵C(jī)械破碎的方式制作而成，因此顆粒表面較為粗糙，棱角較多，這會(huì)降低用人工砂拌制而成的混凝土的和易性，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)較大的泌水率，但是人工砂存在著部分石粉，這在一定程度上可以改變混凝土的工作性能。
�、仆ǔＧ闆r下，在同一個(gè)工程中，混凝土中所采用的人工砂和碎石往往是采用同一種母巖原料制作而成的，因此這兩者的熱學(xué)性能一致，在大體積混凝土中應(yīng)用熱學(xué)性能一致的人工砂和碎石能夠提高施工效果。
�、菍θ斯ど暗念w粒組成進(jìn)行分析，顆粒粒徑在2.36mm 以上的粗顆粒含量較多，顆粒粒徑在0.015mm以下的細(xì)粉粒含量也較多，而中間顆粒的含量則較少。
⑷通常情況下，人工砂存在著部分石粉，石粉的存在可以有效地改善集料的級配，同時(shí)在混凝土中還可以起到潤滑和填充的作用，因此能提高混凝土的工作性能，同時(shí)改善混凝土的密實(shí)度、強(qiáng)度以及抗?jié)B性能。在拌和物中，石粉的存在能夠提高固體粒子的總體比表面積，比表面積直接關(guān)系到混凝土拌合物的粘聚性、保水性以及離析泌水率，比表面積越大，粘聚性和保水性越大，而離析泌水率越小;同時(shí)比表面的增加，也會(huì)提高混凝土的用水量。
3 試驗(yàn)材料
3.1砂子
本試驗(yàn)中所采用的人工砂分別來自不同的石礦廠，均為碎石生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的下腳料。對所生產(chǎn)的人工砂進(jìn)行分析，其結(jié)果表明，人工砂中石粉的含量較大，級配較差，不夠理想，顆粒較粗，粒性特征較差。本試驗(yàn)中所采用的天然砂為河砂，含石率為32%，對其顆粒組成進(jìn)行分析，結(jié)果表明顆粒級配一般。表1 為本工程中所采用的天然砂和人工砂的物理特性。
3.2 水泥
本試驗(yàn)中所采用的水泥為佛山海螺P·O42.5 水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27.2%，經(jīng)過試驗(yàn)得到28d 抗壓強(qiáng)度為48.6MPa，安定性滿足要求。
3.3 摻合料
本試驗(yàn)中所采用的摻合料主要包括粉煤灰和礦粉。其中粉煤灰主要采用Ⅱ級粉煤灰，需水量比為103%，經(jīng)過0.045mm 篩的篩余量為17.6%。礦粉采用的是S95 級礦渣粉，比表面積達(dá)到425m2/kg。在混凝土中按一定比例摻加這兩種摻合料，可以有效改善混凝土的工作性能，同時(shí)節(jié)約水泥的用量，降低工程成本。
3.4 減水劑
本試驗(yàn)中所采用的減水劑為LX-9A 型高性能聚羧酸減水劑，其含固量為10%，密度為1020kg/m3，減水率為29%。
3.5 碎石
本試驗(yàn)中所采用的碎石級配為5～31.5mm 連續(xù)級配，壓碎指標(biāo)為8.6%。
4 人工砂混凝土試驗(yàn)配合比
通過不同配合比的試驗(yàn)，可以了解到在中低強(qiáng)度等級的混凝土中加入不同品質(zhì)的人工砂代替部分河砂，會(huì)對混凝土性能和力學(xué)性能產(chǎn)生的影響。
5 試驗(yàn)結(jié)果及分析
S1-0 和S2-0 為按照兩種不同的試驗(yàn)配合比所配制的混凝土，以此為基準(zhǔn)，其中0 代表人工砂的替代率為0%，即砂子全部采用純天然砂，根據(jù)泵送混凝土的要求，設(shè)計(jì)坍落度為180mm，在混凝土配制過程中通過調(diào)整用水量使每組試驗(yàn)均保持在相同坍落度的狀態(tài)下。
5.1 新拌混凝土性能
我們可以了解到，三種采用不同品質(zhì)人工砂的試樣在1、2 兩種不同的配合比中應(yīng)用時(shí)，當(dāng)人工砂的取代率在30%以下時(shí)，新拌混凝土的和易性基本沒多大的改變，但是需要增加單位用水量，一般為5～15kg。從表中還可以看出，不同品種人工砂的試樣均表現(xiàn)出隨著人工砂取代率的增加，混凝土和易性變差的現(xiàn)象，其中RA、RC 兩個(gè)試樣和易性變差的現(xiàn)象較為明顯，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是與RB 試樣相比，RA和RC 兩個(gè)試樣所采用的人工砂較粗，級配較為不合理，因此當(dāng)人工砂的取代率超過一定的比例時(shí)，混凝土內(nèi)部間隙出現(xiàn)較為明顯的增加，在此情況下，混凝土的和易性變差。而對于RB 試樣而言，其所采用的人工砂的級配比RA 和RC 試樣好，同時(shí)石粉的含量較為適中，這對混凝土的新拌性能有一定的改善作用。與人工砂相比，天然砂的顆粒較為光滑，因此天然砂的摩擦系數(shù)較小，當(dāng)達(dá)到相同的坍落度時(shí)，天然砂的用水量最少�？偠灾�，不同人工砂不同替代率所拌制的混凝土差別不是很大，均能滿足施工的要求。
5.2 力學(xué)性能
我們可以了解到，三種采用不同品質(zhì)人工砂的試樣對不同強(qiáng)度等級的混凝土強(qiáng)度的影響基本一致。當(dāng)人工砂的取代率在30%以內(nèi)時(shí)，混凝土的28d 強(qiáng)度基本不出現(xiàn)變化，或者出現(xiàn)一些增加，這表明取代率對混凝土強(qiáng)度的影響不大。而當(dāng)人工砂的取代率達(dá)到50%時(shí)，隨著混凝土和易性的變差，混凝土的強(qiáng)度會(huì)出現(xiàn)一定的降低，但是與人工砂取代率為0 的基準(zhǔn)配合比基本持平。雖然與天然砂相比，采用三種不同品質(zhì)的人工砂的混凝土在兩種不同的配合比中，所采用的單位用水量均有不同程度的提高，但是隨著水膠比的增加，混凝土的強(qiáng)度并未出現(xiàn)降低的趨勢，而是出現(xiàn)了一定程度的增長，出現(xiàn)這一現(xiàn)象是因?yàn)槿斯ど暗谋砻孑^為粗糙，能夠與水泥漿體進(jìn)行良好的結(jié)合，同時(shí)砂與水泥漿體結(jié)合界面之間的機(jī)械嚙合力也較高，而且在人工砂中存在適量的石粉，這對混凝土起到填充的作用，不僅使混凝土中的毛細(xì)孔得到細(xì)化，而且還有效降低混凝土的孔隙比，使孔隙結(jié)構(gòu)得到改善。總而言之，在不同的人工砂取代率中，當(dāng)人工砂的取代率為30%，混凝土的工作性能和強(qiáng)度的綜合水平最好。
6 對人工砂中石粉的認(rèn)識
人工砂是采用機(jī)械破碎的方式制作而成，在生產(chǎn)的過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定量的石粉。人工砂中存在石粉，這是其與天然砂最明顯的區(qū)別之一。石粉的粒徑雖然是小于75um，但是其與天然砂中的泥具有明顯的不同，包括成分和粒徑，以及其所起的作用均有所不同。天然砂中存在的泥對混凝土所產(chǎn)生的作用是有害的，因此在混凝土施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制好天然砂中泥的含量，但是人工砂中存在的石粉對混凝土所產(chǎn)生的作用是有利的。由于人工砂是采用機(jī)械破碎的方式制作而成的，因此人工砂顆粒的表面往往具有尖銳的棱角，這能夠提高骨料與水泥之間的結(jié)合作用，但是對于混凝土的和易性而言，尖銳棱角所產(chǎn)生的影響是不利的，特別是在強(qiáng)度等級較低的混凝土中，其和易性更差，而人工砂中存在的適量的石粉，能夠解決這一問題，有效地改善混凝土的和易性。此外，由于石粉的主要組成部分為粒徑40～75um 的微粒，這些微粒在集料中的摻入，可以完善細(xì)骨料的級配，對混凝土的密實(shí)性產(chǎn)生有利的影響，因此人工砂中石粉的存在能夠有效地提高混凝土的綜合性能。
7 工程應(yīng)用
人工砂的應(yīng)用技術(shù)試驗(yàn)成功之后，可以將其應(yīng)用到工程建筑中商品混凝土的生產(chǎn)過程中。通常情況下，人工砂對于天然砂的取代率控制在30%為宜。在人工砂的應(yīng)用過程中，涵蓋了C15～C40 泵送混凝土。工程經(jīng)驗(yàn)表明，人工砂在混凝土中的應(yīng)用具有較好的和易性。與采用天然砂拌制而成的混凝土相比，部分采用人工砂拌制而成的混凝土更易進(jìn)行振搗，在施工過程中所產(chǎn)生的氣泡含量較少。兩種混凝土的顏色之間基本不存在明顯的色差，混凝土強(qiáng)度完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
8 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益分析
8.1 直接經(jīng)濟(jì)效益
經(jīng)濟(jì)效益分析是以C30 混凝土為例，主要是計(jì)算人工砂的取代率為30%時(shí)，混凝土原材料成本的降低情況。一般情況下，河砂的價(jià)格是80 元/t，隨著時(shí)間的推移價(jià)格存在上漲的趨勢，而人工砂的價(jià)格僅為40 元/t。人工砂的取代率以30%計(jì)，則可節(jié)省12 元/t，與河砂混凝土相比，人工砂混凝土存在較為明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
8.2 社會(huì)效益
我國天然砂資源較為有限，隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展，砂的需求量將不斷上漲，而對天然砂的亂開亂采，會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成非常嚴(yán)重的破壞。因此在工程建設(shè)過程中，引入人工砂取代部分天然砂是迫切需要執(zhí)行的政策，這不僅能夠有效地減少天然砂開采對生態(tài)環(huán)境造成的破壞，同時(shí)也能大大地節(jié)約資源，因此人工砂取代河砂具有非常顯著的社會(huì)效益。
9 結(jié)論
�、旁诨炷恋纳a(chǎn)過程中，采用人工砂部分取代天然砂在滿足設(shè)計(jì)和施工要求的基礎(chǔ)上，能夠有效地改善混凝土的各項(xiàng)性能。
�、撇煌焚|(zhì)的人工砂對混凝土的新拌性能和力學(xué)性能具有不同程度的影響，因此在施工過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選用合適的人工砂。
⑶人工砂在混凝土中的應(yīng)用具有非常顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，因此人工砂的使用滿足我國可持續(xù)發(fā)展的需要。
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