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淺談人工砂取代河砂在混凝土中的應用論文
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，同時如果大量開采會造成生態(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)批準使用。人工砂在混凝土中的應用，不僅可以解決天然砂資源有限的問題，同時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用，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益，符合我國國情發(fā)展的需要。
2 人工砂的基本特性
根據(jù)我國建筑用砂標準，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)除土處理的機制砂和混合砂。機制砂主要是巖石顆粒采用機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)巖和風化巖。人工砂具有以下幾點重要的基本特性：
⑴人工砂是采用機械破碎的方式制作而成，因此顆粒表面較為粗糙，棱角較多，這會降低用人工砂拌制而成的混凝土的和易性，從而導致混凝土出現(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。
⑵通常情況下，在同一個工程中，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，因此這兩者的熱學性能一致，在大體積混凝土中應用熱學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以下的細粉粒含量也較多，而中間顆粒的含量則較少。
�、韧ǔＧ闆r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，同時改善混凝土的密實度、強度以及抗?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;同時比表面的增加，也會提高混凝土的用水量。
3 試驗材料
3.1砂子
本試驗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。本試驗中所采用的天然砂為河砂，含石率為32%，對其顆粒組成進行分析，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
本試驗中所采用的水泥為佛山海螺P·O42.5 水泥，其標準稠度用水量為27.2%，經(jīng)過試驗得到28d 抗壓強度為48.6MPa，安定性滿足要求。
3.3 摻合料
本試驗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，同時節(jié)約水泥的用量，降低工程成本。
3.4 減水劑
本試驗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
本試驗中所采用的碎石級配為5～31.5mm 連續(xù)級配，壓碎指標為8.6%。
4 人工砂混凝土試驗配合比
通過不同配合比的試驗，可以了解到在中低強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，會對混凝土性能和力學性能產(chǎn)生的影響。
5 試驗結(jié)果及分析
S1-0 和S2-0 為按照兩種不同的試驗配合比所配制的混凝土，以此為基準，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用時，當人工砂的取代率在30%以下時，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 兩個試樣所采用的人工砂較粗，級配較為不合理，因此當人工砂的取代率超過一定的比例時，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，當達到相同的坍落度時，天然砂的用水量最少。總而言之，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度等級的混凝土強度的影響基本一致。當人工砂的取代率在30%以內(nèi)時，混凝土的28d 強度基本不出現(xiàn)變化，或者出現(xiàn)一些增加，這表明取代率對混凝土強度的影響不大。而當人工砂的取代率達到50%時，隨著混凝土和易性的變差，混凝土的強度會出現(xiàn)一定的降低，但是與人工砂取代率為0 的基準配合比基本持平。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)象是因為人工砂的表面較為粗糙，能夠與水泥漿體進行良好的結(jié)合，同時砂與水泥漿體結(jié)合界面之間的機械嚙合力也較高，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孔得到細化，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，當人工砂的取代率為30%，混凝土的工作性能和強度的綜合水平最好。
6 對人工砂中石粉的認識
人工砂是采用機械破碎的方式制作而成，在生產(chǎn)的過程中不可避免地會產(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嚴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，可以完善細骨料的級配，對混凝土的密實性產(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 工程應用
人工砂的應用技術(shù)試驗成功之后，可以將其應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。在人工砂的應用過程中，涵蓋了C15～C40 泵送混凝土。工程經(jīng)驗表明，人工砂在混凝土中的應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，混凝土強度完全能夠滿足設(shè)計要求。
8 經(jīng)濟效益和社會效益分析
8.1 直接經(jīng)濟效益
經(jīng)濟效益分析是以C30 混凝土為例，主要是計算人工砂的取代率為30%時，混凝土原材料成本的降低情況。一般情況下，河砂的價格是80 元/t，隨著時間的推移價格存在上漲的趨勢，而人工砂的價格僅為40 元/t。人工砂的取代率以30%計，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)濟效益。
8.2 社會效益
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，會對生態(tài)環(huán)境造成非常嚴重的破壞。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效益。
9 結(jié)論
⑴在混凝土的生產(chǎn)過程中，采用人工砂部分取代天然砂在滿足設(shè)計和施工要求的基礎(chǔ)上，能夠有效地改善混凝土的各項性能。
�、撇煌焚|(zhì)的人工砂對混凝土的新拌性能和力學性能具有不同程度的影響，因此在施工過程中應根據(jù)實際情況選用合適的人工砂。
⑶人工砂在混凝土中的應用具有非常顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，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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