人工砂新型建設(shè)用砂
2005-04-13 00:00
摘要：本文綜述了人工砂的產(chǎn)生背景、定義、分類、產(chǎn)品特點(diǎn)、應(yīng)用范圍、生產(chǎn)和使用應(yīng)注意的若干問題，有助于對人工砂的認(rèn)識和了解。
關(guān)鍵詞：人工砂 建設(shè)用砂 混凝土
一、前言
國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684—2001《建筑用砂》由國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局于2001年7月13日發(fā)布，2002年2月1日起實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對保證在“十五”期間滿足我國建設(shè)所需用砂的數(shù)量和質(zhì)量、充分利用資源、保護(hù)環(huán)境，以及規(guī)范建筑砂石市場將起到積極作用。
GB/T14684——2001《建筑用砂》是在GB/T14684—1993基礎(chǔ)上修訂的，修訂首要的內(nèi)容就是增加了人工砂為建設(shè)用砂之一，確定了人工砂的定義、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法。今后，人工砂將作為建設(shè)用砂的重要來源劑身于建材市場。在我國，除了少數(shù)地區(qū)和部門對人工砂有所了解外，大多數(shù)地區(qū)和行業(yè)對人工砂還很陌生。為了使大家對人工砂有比較深入的了解和正確生產(chǎn)，使用好人工砂，根據(jù)筆者對人工砂的研究和在修訂、宣貫新標(biāo)準(zhǔn)時(shí)對大家所提有關(guān)人工砂問題的理解和體會(huì)，特定本文，希望能“拋磚引玉”，使這一新型材料在全國正式推出一開始就能得到健康有序的發(fā)展。
二、人工砂出臺的背景
1、建筑市場形勢發(fā)展的需要。
隨著改革開放的深入發(fā)展，砂石業(yè)同其它建材行業(yè)一樣發(fā)展很快。我國砂石年產(chǎn)量由改革前6億多噸增加到15億噸。其中，砂約6億噸。目前我國大多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的砂是天然砂，天然砂資源是一種地方隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展，在我國不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、甚至無天然砂的情況，混凝土用砂供需矛盾尤為突出，而砂的技術(shù)要求則起來越高，特別是高強(qiáng)度等級和高性能混凝土對骨料的要求很嚴(yán)，能滿足其要求的天然砂數(shù)量越來越少，甚至沒有。
2、環(huán)境保護(hù)的需要
由于砂資源短缺，價(jià)格上漲，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，在我國很多地區(qū)出現(xiàn)了亂砍濫挖天然砂的情況，特別在前幾年，毀田挖砂、破壞河道挖砂的情況比目皆是，不但破壞了有限的耕地、防洪堤壩，并由此引發(fā)了不少工程事故，另外，由于天然砂的無序生產(chǎn)，對生產(chǎn)、貯存和運(yùn)輸過程中還造成對空氣和環(huán)境的污染，國務(wù)院和各地人民政府不得不相繼出臺了禁采或限采天然砂的規(guī)定，例如，從2002年開始，整個(gè)長江采砂量控制在每年5000萬噸。北京市376家砂石企業(yè)減為151家。
我國有大量的金屬礦和非金屬礦，在采礦和加工過程中伴隨產(chǎn)生約20%的尾礦，有相當(dāng)尾礦沒有合理利用，已約有上百億噸的尾礦大量堆積，占用土地，造成環(huán)境污染，而如果經(jīng)過適當(dāng)分選與加?xùn)|少尾礦就可以制成人工砂，既解決了環(huán)境污染問題，又提高了資源利用率，形成綜合效益。
3、條件已經(jīng)成熟
從20世紀(jì)60年代起，因?yàn)橐恍┙ㄔO(shè)工程的環(huán)境條件所限，我國水電、建筑部門就開始用當(dāng)?shù)厥倪M(jìn)行機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能和應(yīng)用于混凝土和砂漿的研究，并開始在工程上使用。從70年代起，我國貴州省已在建筑上大規(guī)模使用機(jī)制出砂，并制定了地方標(biāo)準(zhǔn)。以后，云南，重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生產(chǎn)線，進(jìn)行過人工砂的使用研究。幾十年大量的工程實(shí)踐，證明了使用人工砂在經(jīng)濟(jì)上是合理的，技術(shù)上是成熟的。國外，美、英、日等工業(yè)已達(dá)國家使用人工砂也有幾十年的歷史，將人工砂納入其國家標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間至少30年以上。
目前，國內(nèi)工藝成熟的人工砂生產(chǎn)線已有多條，生產(chǎn)人工砂的設(shè)備與技術(shù)完全具備，國內(nèi)、外有不同的品牌，型號的制砂設(shè)備可供選擇。
綜上所述，發(fā)展人工砂勢在必行。
三、人工砂的定義、分類、產(chǎn)品特點(diǎn)與應(yīng)用范圍
根據(jù)國標(biāo)規(guī)定，凡經(jīng)除土處理的機(jī)制砂、混合砂都統(tǒng)稱為人工砂。具體機(jī)制砂的定義是：由機(jī)械破碎、篩分制碭，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖，風(fēng)化巖石的顆粒，混合砂的定義是：由機(jī)制砂和天然砂混合制成的砂。這里，混合物砂沒有規(guī)定混合比例，只要求能滿足混凝土各項(xiàng)性能的需要。但必須指出，一旦使用混合砂，無論天然砂的比例占多大，都應(yīng)當(dāng)執(zhí)行人工砂的技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法。
機(jī)制砂的自身主要特點(diǎn)是；目前基本為中粗砂，細(xì)度模數(shù)在2.6—3.6之濁，顆粒級配穩(wěn)定、可調(diào)，含有一定量的石粉，除150m的篩余有所增加外，其余篩余均多呈三角體或方矩體，表面粗糙，棱角尖銳。但由于全國各地機(jī)制砂的生產(chǎn)礦源的不同、生產(chǎn)加工機(jī)制砂的設(shè)備和工藝不同，生產(chǎn)出機(jī)制砂粒型和級配可能會(huì)有很大的區(qū)別，比如，有些機(jī)制砂片狀顆粒較多，有些機(jī)制砂的顆粒級配為兩頭大中間小，但只要能滿足國標(biāo)中對人工砂的全部技術(shù)指標(biāo)，就可以在混凝土和砂漿中使用。達(dá)不到國標(biāo)人工砂技術(shù)要求的，不能造就使用，因?yàn)闄C(jī)制砂的粒型和級配都是可以調(diào)整和改進(jìn)的，在這一點(diǎn)上，人工砂于天然砂有著本質(zhì)的區(qū)別。混合砂隨機(jī)制砂的摻入比例而降低其上述特點(diǎn)。
由人工砂本身的特點(diǎn)所決定，與條件相同天然砂相比，在配比設(shè)計(jì)、其它材料成型養(yǎng)護(hù)條件都相同的情況下，用人工砂配置出混凝土的特點(diǎn)是：坍落度減小，混凝土28d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度提高；如保持坍落度不變，則需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比變大后，一般情況下，混凝土實(shí)測強(qiáng)度并不降低。按天然砂的規(guī)律進(jìn)行混凝土配比設(shè)計(jì)，人工砂的需水量大，和易性稍差，易產(chǎn)生泌水，特別在水泥用量少的低強(qiáng)度等級混凝土中表現(xiàn)明顯；而如果根據(jù)人工砂的特點(diǎn)進(jìn)行混凝土配比設(shè)計(jì)，通過合理利用人工砂中的石粉、調(diào)整人工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程的配比設(shè)計(jì)方法完全適用于人工砂。最適合配制混凝土的人工砂細(xì)度模數(shù)為2.6-3.0，級配為2區(qū)。人工砂在配制填加外加劑的混凝土?xí)r，對外加劑的反應(yīng)比天然砂敏感。人工砂配制的高強(qiáng)度泵送混凝土在泵送過程中不易堵泵。正確使用人工砂的混凝土密實(shí)度大、抗?jié)B、抗凍性能好，其它物理力學(xué)性能和長期耐久性均能達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。人工砂特別適于配制高強(qiáng)度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
目前，我國最大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程實(shí)踐中，人工砂配制出了從C10—C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度達(dá)400m；配制出跨度達(dá)64m的預(yù)應(yīng)力混凝土梁。在試驗(yàn)室設(shè)計(jì)強(qiáng)度C100的混凝土90天實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到155Mpa。人工砂可以廣泛應(yīng)用在混凝土、砂漿和制品中。
四、使用和生產(chǎn)人工砂應(yīng)注意的若干問題
1、正確認(rèn)識和利用石粉
全國多數(shù)使用單位對人工砂目前還是陌生的，特別從其外觀上看，與天然砂有明顯的不同。天然砂外觀呈黃色，含泥量高也不易看出。而人工砂多數(shù)呈灰白色或黑色，看上去石粉很多。人工砂在生產(chǎn)過程中，不可避免地要產(chǎn)生一定量的石粉，這是正常的，也是人工砂與天然砂最明顯的區(qū)別之一。這里所稱的石粉，不是一般碎石生產(chǎn)企業(yè)所稱的“石粉”“石沫”（那是生產(chǎn)碎石的尾礦，一般為粒徑小于5mm的混合物，實(shí)際是人工砂的級配范疇。）標(biāo)準(zhǔn)石粉的定義是：加工前經(jīng)除土處理，加工后形成粒徑小于75μm，其礦物組成和化學(xué)成分不同、粒徑分布不同、在混凝土中所起的作用亦不同。僅從細(xì)度角度講，經(jīng)測試表明，小于75μm的石粉顆粒分布主要集中在16μm以上，小于75μm泥的顆粒分布主要集中在16μm以上，小于75μm泥的顆粒頒布主要集中在16μm以下，石粉平均粒度是泥平均粒度的近4倍。天然砂中的泥對混凝土是有害的，必須嚴(yán)格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對混凝土是有益的，有適量石粉的存在，彌補(bǔ)了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷，同時(shí)，它的摻入對完善混凝土特細(xì)骨料的級配（在這一點(diǎn)上，天然砂由于其生產(chǎn)工藝的限制，其特細(xì)級配部分是不完善的）提高混凝土密實(shí)性都有益處，進(jìn)而起到提高混凝土綜合防治性能的作用。因此，在新國標(biāo)中，人工砂的石粉含量根據(jù)配制混凝土的強(qiáng)度等級分別定為3%、5%、7%，比天然砂含泥量相對放寬2%。同時(shí)，在低強(qiáng)度等級混凝土的砂漿中使用人工砂，考慮到使用人工砂成熟的地區(qū)幾十年的工程實(shí)踐結(jié)果表明，允許根據(jù)具體使用和試驗(yàn)情況，由供需雙方協(xié)商確定人工砂的石粉含量指標(biāo)。
為防止人工砂在開采、加工過程中因各種因素?fù)饺脒^量的泥土著居民，而這又是目測驗(yàn)和傳統(tǒng)含泥量試驗(yàn)所不能區(qū)分的，新標(biāo)準(zhǔn)特別規(guī)定了測人工砂石粉含量必須先進(jìn)行亞甲藍(lán)MB值和檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn)，亞甲藍(lán)MB值的檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn)。亞甲藍(lán)MB值和檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn)是專門用于檢測小于75μm的物質(zhì)主要是石粉還是泥土的試驗(yàn)方法。亞甲藍(lán)MB值的檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn)檢測結(jié)果合格的人工砂石粉含量按3%、5%、7%或供需雙方協(xié)商控制使用；亞甲藍(lán)MB值的檢驗(yàn)或快速檢測結(jié)果不合格的人工砂石粉含量按1%、3%、5%（與天然砂含泥量相同）控制使用，這樣就避免了因人工砂石粉中泥土含量過高而給混凝土帶來的負(fù)作用。
在新國標(biāo)實(shí)施以前，不少人工砂生產(chǎn)企業(yè)常用水洗的辦法控制人工砂中石粉的含量，結(jié)果既浪費(fèi)了資源，又形成了新的污染。新國標(biāo)實(shí)施后，對人工砂中的石粉有了明確的要求和試驗(yàn)方法，因此，在人工砂的生產(chǎn)過程中宜把除土處理放在原料加工前進(jìn)行，加工后盡量保留和利用人工砂的石粉，除了分級利用石粉外，還可以用一定的裝置將石粉收集起來用在其它方面，提高產(chǎn)品附加值。
2、嚴(yán)格控制人工砂質(zhì)量
我國幅源遼闊，全國各地的人工砂因礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備等不同，其顆粒形狀、粒級分布、石粉含量等會(huì)有不小的差別。比如，同是采石廠的尾礦石屑，目前浙江一帶的石屑片狀含量很高，而河北、河南的石屑顆粒形狀就比較好，而從定義上說，都是人工砂。如何統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)使全國的人工砂都能使用得好，用得放心，在標(biāo)準(zhǔn)編制過程中進(jìn)行了大量的試驗(yàn)難工作，找出了保證使用要求的人工砂質(zhì)量控制數(shù)據(jù)和方法。比如，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了人工砂采用檢測壓碎指標(biāo)的試驗(yàn)方法來進(jìn)行堅(jiān)固性試驗(yàn)。壓碎指標(biāo)不僅能直接檢驗(yàn)出砂的抵抗破裂的能力，防止人工砂在加工過程中產(chǎn)生的微裂紋影響混凝土的強(qiáng)度，而且，對負(fù)化軟顆粒砂、針片顆粒含量高的砂甚至泥土含量大的砂都有較強(qiáng)的鑒定作用。因此，只要人工砂的質(zhì)量完全達(dá)到機(jī)關(guān)報(bào)國標(biāo)的技術(shù)要求，無論人工砂的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備如何，就可以使用，相反，人工砂的質(zhì)量達(dá)不到新國標(biāo)的技術(shù)要求，再好的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備生產(chǎn)的人工砂也不能應(yīng)用。使用者應(yīng)要求人工砂生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)質(zhì)量，人工砂生產(chǎn)者也完全可以改進(jìn)并達(dá)到機(jī)關(guān)報(bào)國標(biāo)的質(zhì)量要求，這就是人工砂比天然砂有質(zhì)量保證的一個(gè)優(yōu)勢。但如果按老習(xí)慣不講質(zhì)量要求，這也是人工砂的一個(gè)劣勢，因?yàn)椋珖烊簧暗馁|(zhì)量區(qū)別不大，使用者一般都有經(jīng)驗(yàn)，而人工砂質(zhì)量區(qū)別較大，使用缺乏經(jīng)驗(yàn)。為保證人工砂的質(zhì)量，新國標(biāo)把人工砂的顆粒級配、石粉含量（包括亞甲藍(lán)檢驗(yàn)）、泥塊含量和堅(jiān)固性檢驗(yàn)都定為人工砂出廠和施工現(xiàn)場復(fù)試的必試項(xiàng)目。只要嚴(yán)格按新標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，使用人工砂是完全可以保證工程質(zhì)量的。
3、完善生產(chǎn)、使用者的責(zé)任制
目前，由于天然砂大多靈敏是集體、個(gè)體開采或經(jīng)營，而且很多天然砂根本不是生產(chǎn)廠家提供，而是由個(gè)體分散挖掘，經(jīng)營者收購售出，生產(chǎn)中基本無質(zhì)量控制手段，因此，砂質(zhì)量的控制全靠使用單位進(jìn)場后的試驗(yàn)，建筑用砂的質(zhì)量責(zé)任幾乎全落在使用都身上，生產(chǎn)和經(jīng)營者根本不承擔(dān)責(zé)任，或難以讓他們承擔(dān)責(zé)任，這是非常不合理的。而且，這種控制實(shí)際上非常被動(dòng)和無奈，代表性也很差，由此導(dǎo)致了一些工程事故的發(fā)生。究其原因，主要是天然砂生產(chǎn)方式和生產(chǎn)者的素質(zhì)怕決定。而人工砂的生產(chǎn)則與天然砂有了根本的區(qū)別，人工砂生產(chǎn)進(jìn)化論規(guī)模大小，總要有固定的生產(chǎn)場地、生產(chǎn)工藝和設(shè)備，其產(chǎn)品的質(zhì)量是完全可以控制和穩(wěn)定的，因此，提高人工砂生產(chǎn)者的素質(zhì)、提高人工砂生產(chǎn)企業(yè)的要求是必要和可能實(shí)現(xiàn)的。雖然目前大多數(shù)建筑用砂生產(chǎn)廠家從來沒有提供過砂產(chǎn)品合格證，但新國標(biāo)還是明確提出了要生產(chǎn)企業(yè)合格證這一要求。尤其人工砂的生產(chǎn)和使用者都應(yīng)堅(jiān)持執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)中的這一規(guī)定，通過提供和索要產(chǎn)品合格證，促使人工砂企業(yè)建立質(zhì)量保證體系，明確和落實(shí)生產(chǎn)者的產(chǎn)品質(zhì)量保證體系，明確和落實(shí)生產(chǎn)者的產(chǎn)品質(zhì)量責(zé)任，然后，再由使用者進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)試，使建筑用砂質(zhì)量得到有效的保障和提高，工程質(zhì)量也就進(jìn)一步得到保證和落實(shí)。各地有關(guān)管理部門也應(yīng)采取一定的措施，使人工砂的生產(chǎn)和使用一開始就有高起點(diǎn)，以帶動(dòng)整個(gè)砂石行業(yè)的進(jìn)步。
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