廣東樂昌市廊北灌區(qū)治理工程人工砂的應(yīng)用

龍永周

文章編號：2095-6835（2016）13-0104-02

摘 要：結(jié)合韶關(guān)樂昌市水利工程中人工砂的實際使用情況，從人工砂特性、對砂漿及混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響以及經(jīng)濟效益等幾個方面對人工砂的使用進行了探討。一個工程的成功經(jīng)驗對該地區(qū)的人工砂的使用和推廣具有積極的意義。

關(guān)鍵詞：人工砂；砂漿；混凝土；力學(xué)性能

中圖分類號：TU521.1 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.104

一直以來，河砂是水泥混凝土不可缺少的材料。隨著社會發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)、住宅房屋及工程建設(shè)的不斷消耗，河砂的用量日益加大，河砂的需求矛盾也逐漸突出。以韶關(guān)地區(qū)為例，近年來，一方面河砂價格不斷上漲，另一方面河砂的質(zhì)量不斷下降，主要表現(xiàn)在河砂含泥量加大。此外，過度開采河砂而造成的堤岸崩塌情況時有發(fā)生。河砂使用的安全問題、質(zhì)量問題和成本問題日益加劇。而人工砂的應(yīng)用正好緩解了這一矛盾。但是，由于對人工砂缺乏足夠的認(rèn)識，對其工作性能、對強度的影響及對成本的影響心存疑慮。而一個工程、一個地區(qū)對人工砂的成功應(yīng)用對人工砂在該地區(qū)的推廣具有重要意義。

1 工程概況

廊北灌區(qū)位于樂昌市東北部的廊田河中下游，主要由廊田干渠、東北干渠、官陂干渠3條主干渠引水灌溉，擔(dān)負著廊田、長來、北鄉(xiāng)、樂城等鎮(zhèn)的農(nóng)田灌溉任務(wù)，設(shè)計總灌溉面積3.08×107 m2。該工程為IV等小（1）型工程，渠道及灌排建筑物等永久性主要建筑物級別為5級。工程檢共有混凝土2.5×104 m2，漿砌石8×104 m2，全部使用高速公路石場生產(chǎn)的人工砂，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

2 試驗

2.1 原材料

人工砂為湖南高速石場生產(chǎn)的人工砂，由于此前人工砂在樂昌并未大量使用，施工單位就人工砂的使用對我中心進行了咨詢。我中心對此十分重視，成立了專門的課題研究小組。專程對人工砂生產(chǎn)場地的規(guī)模、生產(chǎn)工藝流程進行了考察，并現(xiàn)場取樣帶回試驗室，對人工砂和天然砂的力學(xué)性能、工作性能進行了一系列的對比試驗。

試驗用水泥為樂昌中建材水泥有限公司生產(chǎn)的粵海牌P.C32.5R水泥，粗骨料為樂昌將軍山石場生產(chǎn)的20～40 mm石灰?guī)r碎石。河砂采自樂昌長來砂場。表1為細骨料砂的檢驗結(jié)果，表2為粗骨料碎石的檢驗結(jié)果，表3為水泥物理力學(xué)性能的試驗結(jié)果。

2.2 試驗設(shè)計與結(jié)果

試驗著重對人工砂和河砂進行了對比。以河砂為參照，采用替代法，對比同樣配比下砂漿混凝土工作性能和力學(xué)性能的變化。同時，根據(jù)人工砂本身的特性配制適合該工程使用的砂漿及混凝土。表4為對砂漿性能的影響，表5為對混凝土性能的影響。

人工砂是由機械破碎、篩分而成，顆粒形狀粗糙尖銳、多棱角，通常用人工砂配制的混凝土砂率要比河砂混凝土大；人工砂顆粒內(nèi)部微裂紋多、空隙率大、開口相互貫通的空隙多、比表面積大，加上石粉含量高等特點，因而人工砂配制的砂漿、混凝土用水量大。從試驗中可以看出，同一配比下，使用人工砂配制的砂漿及混凝土流變能明顯下降，但是強度值均有所提高。這是因為人工砂粗糙尖銳、多棱角外形增強了與水泥的黏結(jié)。另外，微細石粉的填充效應(yīng)使得砂漿混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，從而使構(gòu)件強度提高。

3 人工砂質(zhì)量控制要點

人工砂中小于0.075 mm的細顆粒部分統(tǒng)稱為“人工砂石粉”，主要有2種成分組成，即純石粉和泥粉。與天然砂一樣，人工砂中的泥粉含量同樣對人工砂質(zhì)量造成重大影響。泥粉的存在削弱了水泥與骨料之間的黏結(jié)，從而降低了砂強及混凝土構(gòu)件強度。在人工砂生產(chǎn)現(xiàn)場，我們專門取回了4種不同石粉含量的人工砂，并進行了對比試驗。表6為人工砂質(zhì)量檢驗情況。從表6中可以看出，石粉的含量越高，MB值越大。我們詳細分析了該人工砂的

生產(chǎn)工藝流程。該砂場生產(chǎn)工藝采用粗碎、中碎、超細碎、棒磨機4段破碎——粗碎開路生產(chǎn)，中碎和篩分形成閉路循環(huán)結(jié)合；超細碎和篩分形成閉路循環(huán)。封閉流程中各級粒徑可調(diào)性好，設(shè)備類型的選擇能很好的控制產(chǎn)品質(zhì)量，級配可按需生產(chǎn)，是人工骨料生產(chǎn)中的典型流程。此流程為立軸破碎機制砂為主，并用棒磨機調(diào)整細度模數(shù)為輔的典型工藝流程。制砂原料為當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)石灰?guī)r。一般情況下，在生產(chǎn)工藝流程確定、制砂原料質(zhì)量穩(wěn)定的前提下，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的純石粉含量穩(wěn)定在在5%～6%. 泥粉是石粉總量增加的主要來源。原料中泥塊、泥粉含量的增加直接導(dǎo)致了人工砂成品中石粉總量的增加，從而影響了人工砂的產(chǎn)品質(zhì)量。從強度試驗中可以看出，隨著石粉的含量增大，MB值上升，強度持續(xù)下降。因此，控制原料中泥塊泥粉的含量，從而控制人工砂中石粉含量小于10%，是控制該人工砂場人工砂質(zhì)量的關(guān)鍵。圖1所示為28 d抗壓強度與MB值。

4 應(yīng)用情況

試驗結(jié)果堅定了施工單位在該工程中使用人工砂的信心。由于當(dāng)時廣樂高速正在施工，樂昌境內(nèi)優(yōu)質(zhì)天然河砂緊缺，價格為120元/m3，而人工砂價格只有70元/m3。全工程用砂約4×104 m3，僅用砂一項，就節(jié)約材料成本約200萬元，而且湖南高速石場主要任務(wù)是生產(chǎn)高速公路用石，人工砂只是副產(chǎn)品。因此，人工砂的使用既是廢物利用，又保護了環(huán)境，具有良好的社會效益。

5 結(jié)束語

相對河砂而言，在同一配比的情況下，使用優(yōu)質(zhì)人工砂配制的砂漿及混凝土（C20）流變能下降，但是強度值均有所提高。適當(dāng)增加砂率和用水量，完全可以配制出適合于工程使用的砂漿及混凝土，不但保證了其工作性能和力學(xué)性能的要求，而且降低了成本。

在制砂原料穩(wěn)定、工藝生產(chǎn)流程不變的前提下，人工砂中純石粉含量是穩(wěn)定的，石粉含量的提高與前期工序中摻入過多的泥塊和泥粉有很大關(guān)系。因此，控制原料中泥塊泥粉的含量是控制人工砂質(zhì)量的關(guān)鍵。

〔編輯：劉曉芳〕