建筑用人工砂在混凝土中的應用

李玉印 李玉海 魏冬輝

GB/T 14684-2001建筑用砂是在建筑市場發展和環境保護的迫切需要下,參照國際標準和國內多年科研與生產實踐,在GB/T 14684-1993建筑用砂的基礎上修訂而成,修訂的重要內容就是增加了人工砂,規定了人工砂的定義、技術要求及檢驗方法。本文介紹了我公司研究應用人工砂的情況。

1 原材料狀況

焦作地處太行山南麓的沖積平原之舊。早在二十世紀七八十年代時,建筑用砂多采用輝縣境內的埋于地下的山砂,由于砂源供應量有限,及近幾十年建筑量的增加,故很快使用殆盡,進入20世紀末期及21世紀初,焦作地區以至于新鄉地區都在采用河南南部地區出產的河砂。盡管在20世紀90年代,焦作地區也曾經嘗試采用石料廠的下腳料——石粉經水沖洗后耐形或石硝(當地叫水洗砂),但終究由于該砂料型差,而較難應用于混凝土中,故沒有得到廣泛的應用。

隨著GB/T 14684-2001建筑用砂的頒布實施及用石子制作砂的專用設備的研制及推選應用,人工砂——即用特制設備將碎石加工成符合GB/T 14684-2001建筑用砂要求的強骨料,便得到廣泛的應用。焦作地區及與之相鄰的洛陽、濟源、新鄉等地區也都紛紛建立各個人工砂廠,使人工砂這種新的砂品種在缺砂地區得到了廣泛的發展和推廣應用。

目前焦作市生產的機制砂,外觀呈青灰色,粒形為不規則多邊形,表面粗糙,棱角尖銳,外表看石粉含量大,但新標準出臺前將機制砂的石粉含量與天然砂的泥含量同等看待和控制,迫使生產企業不得不水沖洗后銷售。其細度模數2.9～3.3之間屬中粗砂,多數屬粗砂,壓碎指標接近30%,基本符合Ⅲ類的要求。我公司在應用過程中,又摻入30%的特細砂,其顆粒級配如表1所示。

表1 焦作市人工砂顆粒級配表(累計篩余) %

2 配合比設計

2.1 設計依據

設計依據:JGJ 55-2000普通混凝土配合比設計規程。

2.2 配合比設計實例

配合比設計實例見表2。

表2 配合比設計實例

3 應用

人工砂先后在焦作地區混凝土攪拌站、焦作市三維廣場工程、焦作市政府辦公樓工程及焦作市森林半島住宅小區等工程中應用。

3.1 力學性能

力學性能滿足GBJ 107-87混凝土強度檢驗評定標準的規定要求,現以2009年焦作市億建混凝土攪拌站(C30)為例,其混凝土強度評定如表3所示。

因為 mfcu＞[mfcu],fcu,min＞[fcu,min],所以該批混凝土評定為合格。

其中,n為一個驗收批混凝土試件的組數;λ1,λ2均為合格判定系數,按GBJ 107-87第4.1.3條取用;Sfcu為同一驗收批混凝土立方體抗壓強度標準差,N/mm2;mfcu為同一驗收批混凝土立方體抗壓強度平均值,N/mm2;fcu,k為混凝土立方體抗壓強度標準值,N/mm2;fcu,min為同一驗收批混凝土立方體抗壓強度最小值,N/mm2。

表3 28 d混凝土強度評定表

3.2 經濟效益

南陽、信陽黃砂平均價格為80元/m3,人工砂的平均價格為38元/m3,按每立方米混凝土平均用砂0.4 m3計算,每立方米可降低成本16.8元。焦作市億建混凝土攪拌站年產20 000余立方米,年增經濟效益33.60萬元;攪拌站每年現澆混凝土 4萬m3左右,年增經濟效益67.2萬元左右。

4 應注意的幾個問題

1)人工砂與天然砂相比,與水泥的粘結性較優,但其和易性較差,應在提高和易性方面采取措施:a.顆粒級配應符合級配區的要求,可通過改進廠家生產工藝或加入部分天然砂,構成混合砂來達到。b.人工砂中的石粉不同于天然砂中的泥(含泥量有害無益),而且其顆粒組成主要在0.16 mm～0.75 mm之間,適量的石粉完善了特細骨料的級配,因而改善了混凝土和易性,提高了密實性,從而提高了混凝土的綜合性能。c.使用外加劑。2)焦作地區人工砂的壓碎指標僅符合Ⅲ類砂的要求,因而要配制高、中等級混凝土時,人工砂生產企業應改進破碎等生產設備及工藝。

5 結論與建議

1)人工砂在建筑業推廣應用,不僅能滿足混凝土質量及發展的要求,而且其環保及社會經濟效益明顯,值得大力推廣。2)人工砂的推廣應用必須以保證人工砂的質量為前提,為此,人工砂生產企業應具有必要的質量保證措施,并出具出廠檢驗報告及合格證。3)施工企業在目前應用的基礎上,加大應用力度,特別是天然資源缺乏的地區,力爭在較短時間內將人工砂應用到各種混凝土中。

[1] GB/T 14684-2001,建筑用砂[S].

[2] JGJ 55-2000,普通混凝土配合比設計規程[S].

[3] GBJ 107-87,混凝土強度檢驗評定標準[S].

[4] 宋 寶,解佳飛.人工砂石及其混凝土性能試驗研究[J].山西建筑,2009,35(13):156-157.