機制砂在北川災后重建過程中的應用
天然砂作為常規建筑材料已有若干年的時間，但是北川當地天然砂資源有限，并且隨著我國大力提倡環保節能、科學發展、水土保持等一系列政策、法規及其制度的建立，天然砂的開采量受到嚴重制約，尋找天然砂的替代材料將是必須面臨的問題。在北川地區目前大量使用的機制砂是很好的取代材料，但又因為顆粒形狀、級配、生產工藝等的落后而只能與天然特細砂混合使用（即混合砂）。本文較系統地對機制砂在北川災后重建中的應用作了闡述。
關鍵詞：機制砂；災后重建；混凝土
1、機制砂的生產
制砂機按照破碎原理分主要有鍔式、圓錐式、旋回式、錘式、旋盤式、反擊式、對輥式和沖擊式等。導致最終產品顆粒形狀的優劣排序為：錘式和沖擊式等優于反擊式、圓錐式和旋盤式，鍔式、輥式和旋回式最差；但前者制造成本較高。傳統的輥式制砂不能很好地改變砂顆粒的形狀、大小以及級配，仍然存在細度模數大，4.75、2.36mm顆粒含量偏多，細顆粒偏少的缺陷，而改良后的輥式制砂能有效解決顆粒形狀、級配存在的不足，使其滿足規范要求的區間范圍。立軸沖擊式破碎機生產的人工砂，缺少中間粒徑，細度模數大，但加工成本低；而棒磨機所制人工砂，級配好，細度模數易于調整，但加工成本高，含粉量高。粗、中、細三段破碎+棒磨機制砂是我國沿用了幾十年的砂石生產工藝模式，至今，與時代發展相適應的新的砂石系統設計理念已經形成，并因其具有良好的技術性、經濟性而得以推廣應用。二者在技術、經濟上有著良好的互補性，破磨結合的制砂思路是對人工砂石技術的重要創新。這種新的設計理念概括起來就是：砂石加工“多碎少磨，以擠破代磨破，破磨結合，注重環保，營造綠色生產理念”。通過多段破碎，減少骨料磨碎；不但可提高成品料質量，減少機制砂中石粉含量和設備磨損（即單位產量的耗鋼量），降低加工成本，而且還可簡化生產工藝，減少制砂耗水量及相應的廢水量的排放，有利于環保。并且濕法、干法均可生產。如用沖擊破+棒磨機制砂和輥式制砂，可以通過進料量、進料粒徑、轉速等參數的調整，按工程的需要，人為地較穩定地控制人工砂的質量。在擂鼓鎮附近的機制砂生產廠家大部分采用的是目前這種。
2、機制砂的基本特性
2.1GB/T14684—2001國家標準《建筑用砂》中明確了砂按產源分為天然砂和人工砂兩類。天然砂包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂；人工砂為“經除土處理的機制砂和混合砂的統稱”（本文所述人工砂和機制砂并非混合砂，而是完全由石灰石經機械破碎、篩分制成的不包括軟質巖、風化巖的粒徑小于4.75mm的巖石細顆粒）。由于人工砂是用專門的制砂機械生產，其顆粒形狀、性質等也有別于天然砂，機制砂的普遍特點概括起來主要有如下幾點：
2.1.1人工砂顆粒是多棱體，級配合理，粒度均勻，通常含有的石粉可以部分改善混凝土的工作性能。
2.1.2通常在同一工地，人工砂與碎石是同一種母巖制成，熱學性能一致，對大體積混凝土技術效果尤為顯著。
2.1.3同一生產設備或工藝，機制砂的細度模數和單篩的篩余量成線性關系，對于一種砂子，先通過試驗建立關系式后，只要測定一個單篩的篩余量即可快速求出細度模數。
2.1.4機制砂中石粉含量的變化是隨細度模數變化而發生變化的，細度模數越小，石粉含量越高；反之，細度模數越大，石粉含量越低。
2.1.5人工砂的粒級差異較大。一種人工砂是由制砂機專門生產的，這部分人工砂級配可調整，但其制造成本較高；另一種是加工碎石時篩除大于4.75mm顆粒后的下腳料，俗稱石屑，也有稱尾礦，這部分顆粒級配差別很大。一般前者2.36mm以上的顆粒較多，后者0.300mm與0.150mm的顆粒較多且含泥量較高，片狀顆粒也較多，嚴重制約它的應用范圍。
2.1.6機制砂配制的混凝土坍落度減小，混凝土28d標準強度提高；如保持與天然砂配制的混凝土坍落度一致，則單位用水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比變大后，一般情況下，混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規律進行混凝土配合比設計，人工機制砂的需水量大，和易性稍差，易產生泌水，特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現明顯。
2.2.1成品級配非常合理，針片狀含量少，顆粒形狀多棱角，屬多面立方體，在硬化混凝土中有非常好的咬合力和黏結力。
2.2.2顆粒級配完全符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》中I、II類砂的要求，可將產品分成I類砂細度模數3.1～3.4和II類砂細度模數2.4～2.6，并根據混凝土強度等級搭配成與之相適應的細度模數用于生產，滿足不同強度等級和易性和可泵性能，拌合物各項性能良好。
2.2.3成品砂的壓碎指標完全符合規范要求（總壓碎指標應小于30%），實測壓碎指標值在8.0%～9.5%左右。
2.2.4成品中石粉含量均低，一般控制在7%～9%，經亞甲藍法檢測石粉含量時，其MB值為0.4～0.6。
2.2.5用機制砂配制混凝土時的用水量一般較特細砂和混合砂配制的混凝土低5～15kg/m3，具有一定的減水性能。
3、使用和生產人工砂應注意的若干問題
3.1正確認識和利用石粉
根據在北川擂鼓鎮攪拌站的試驗及國內的一些文獻資料反映，機制砂中的石粉含量提高至10%～12%，對混凝土性能無明顯影響。0.075mm以下顆粒比表面積達一般在280～310m2/kg，當石粉比表面積達到500m2/kg以上時，石粉在混凝土中具有填充效應、微集料效應以及在堿激發作用下的活性效應，石粉對水泥具有增強作用，石粉在水泥水化反應中起晶核作用，誘導水泥的水化產物析晶，加速水泥水化并參加水泥的水化反應，生成水化碳鋁酸鈣，并阻止鈣礬石向單硫型的水化硫鋁酸鈣轉化。將石粉摻入5%、10%、15%，通過試驗證明，水泥膠砂強度隨石粉摻量的增加而增加。石粉的高效回收，既可降低人工砂生產成本，又能調節人工砂的細度模數，提高人工砂質量，改善混凝土性能，同時降低生產廢水的處理難度，利于環保，石粉作為摻合料替代粉煤灰具有非常高的利用價值，某些方面性能甚至優于粉煤灰生產的混凝土。在目前的擂鼓混凝土生產過程中，部分同等標號的混凝土使用機制砂比使用天然砂的強度有一定的提高，機制砂的石粉含量在15%左右的時候有利于混凝土的泵送。
3.2嚴格控制機制砂質量
首先必須嚴格控制用于生產機制砂的原材料中的含泥量，一定按不大于1.0%的要求檢測；其次控制好砂的級配、細顆粒含量、顆粒形狀、石粉含量、細度模數等指標，并不定時抽檢；每季度或半年作一次堿活性試驗，對于有多家原材料供應商的，應分別取樣檢測堿活性，以避免對混凝土耐久性造成危害，擂鼓攪拌站也對不同廠家不同級配的機制砂進行了分類堆放，針對普通混凝土和泵送混凝土的特性選用不同的機制砂。
4、應用范圍及總結
通過不斷摸索規律，目前機制砂廣泛應用于擂鼓鎮災后恢復重建工程3、4號路市政工程，擂鼓小學、幼兒園房建工程，擂鼓鎮八一中學房建工程，吉娜羌寨橋梁工程的災后恢復援建工程中，應用的強度等級有C10～C50，到目前為止共計生產各種等級混凝土3萬余立方米。應用效果良好，結構外觀質量、收縮變形、抗裂性能等與特細砂和混合砂生產的混凝土無任何差異，甚至優于特細砂和混合砂生產的混凝土，層與層之間的接縫非常密實，無爛根現象，并且較小構件也很容易澆灌密實。用質量優良的機制砂很容易配制高標號的混凝土和泵送混凝土，經過半年多的實際生產應用，對機制砂有了充分的認識，下面是在應用中的點滴體會。
4.1用機制中、粗砂能夠配制出性能優良的不同強度等級混凝土。
4.2進場的機制砂根據實際情況分類堆放，最好分為中砂（細度模數2.3～2.6）和粗砂（細度模數3.1～3.4）兩種規格，以方便任何強度等級的使用。
4.3材料決定配合比，有什么樣的原材料才有什么樣的配合比。
4.4機制砂的級配、細度模數、砂率、膠凝材料混凝土的性能影響最大，在調整混凝土配合比時一定注意各因素之間的比例關系。在保證混凝土中粗、細骨料級配良好情況下，一般低強度等級采用高砂率，低膠凝材料用量，小細度模數；高強度等級采用低砂率，高膠凝材料用量，大細度模數。
4.5在確保和易性、可泵性前提下，應盡可能降低砂率。混凝土感覺骨料偏多，但和易性良好為優。
4.6機制砂中的含泥量對外加劑摻量和混凝土的強度、坍落度及坍落度損失影響較大。
4.7水泥用量決定混凝土的強度，但不是絕對的，而是相對的。通過試驗，當骨料級配良好時，相近強度檢測結果，其配合比水泥（P·O42.5）用量相差可達55kg/m3。
4.8質量合格的機制砂不影響混凝土的凝結時間和坍落度損失，與混合砂和天然砂無異。在北川擂鼓鎮地震災區自然資源有限的情況下，開辟多途徑解決細骨料資源問題，是災后重建混凝土生產的當務之急，用較低的消耗換取最大的經濟效益和廣泛的社會效益，為國家節約投資，降低生產成本和能耗，減少天然砂資源的開采，維持生態平衡，為災區的災后重建建設打開新局面，為建設一個和諧美麗的新北川打下堅實的基礎。
參考文獻：
[1] DBJ 22—016—95，山砂混凝土技術規程》[S].
[2] DBJ 53—10—2002，云南省人工砂技術標準及應用規程》[S].
[3] DBJ/T 01-65-2002，人工砂應用技術規程》[S].
[4] DG/TJ 08-604-2002，機制砂在混凝土中應用技術規程》[S].
[5] 周明凱，彭少民，徐健，《用石屑代砂配制路面混凝土的技術研究》
[A].第三界國際道路和機場路面技術大會論文集[C].1998，403-410.
作者簡介： 張峰 張少成 單位：濟南城建集團有限公司責任編輯：admin
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