河南地區商品混凝土用人工砂應用問題及思考

鄭洋威 劉琬真 崔艷玲 薛 飛

1河南省萬測工程檢測有限公司（450002） 2河南省建科院工程檢測有限公司（450002）3河南省建筑科學研究院有限公司（450002）

砂是生產混凝土最主要的原材料，占集料40%左右，以往主要采用天然河砂，經過多年的建設開采，天然河砂的資源急劇的減少，有些地區天然河砂已近枯竭。且近期隨著環保力度的加強，地方政府為保護江堤河壩、保護生態平衡，加大了禁采力度，使得天然河砂一直處于緊缺或無砂可供狀態。近年建筑市場用砂供應持續緊張，價格快速上漲，2018年砂普遍漲價60～120元/t。目前天然砂資源緊張，人工砂作為天然砂的替代品，使用比例快速升高。

人工砂的優點是材料來源廣泛，質量易于把控，經合理調控使用性能同河砂相當，能夠滿足建設需求，而且應用成本具有巨大優勢，是未來建設市場的發展方向，對環境保護也非常有利。采用人工砂生產混凝土將帶來巨大的經濟效益和社會效益，是混凝土應用發展的必然趨勢。

但是，伴隨著人工砂需求量的增加，各種應用問題相應產生，由于生產人工砂的工藝、設備落后及生產商對質量把控不嚴等原因，導致人工砂的石粉含量大、含泥量大、顆粒不規整、級配不合理，這些質量良莠不齊的人工砂給混凝土的生產帶來了不小的困擾，多地發生混凝土質量問題。文章就此問題展開調查研究。

1 河南地區人工砂應用現狀調查

河南地區的混凝土生產用砂，大量來自淮河流域，淮河天然砂以其穩定的質量占有河南地區建筑用砂的半壁江山。伴隨著環保治理的加強，淮河采砂量逐年減少，2018年出臺了全面禁采的文件。天然砂的資源短缺造成人工砂的大行其道，豫南地區的人工砂大多來自河南與湖北交界地區，湖北居多。人工砂均以當地巖石破碎加工生產，以灰色或灰白色沉積巖（當地俗稱青石）生產的人工砂，質量較好，總壓碎值指標均在15%以下，顆粒級配連續，應用效果良好，和天然砂幾乎沒有區別，屬上等產品；以卵石和山體落石等生產的人工砂，總壓碎值指標在15%～20%，受加工工藝的限制個別顆粒不夠規整，顆粒級配基本連續，應用效果尚好，屬中等產品；以山體表層巖石和黏土巖生產的人工砂，總壓碎值指標多在20%～25%，部分總壓碎指標超過30%，含泥量大，因為山體表層巖石多含有風化石，其抗風化性能差，破碎過程中很容易產生明顯的巖層，屬下等產品。豫南地區和湖北地區有一種黏土巖，當地稱為“麻骨石”，該巖石石質松軟，夾雜閃光礦物質，總壓碎值指標多在25%以上，配制低標號混凝土有使用實例，但是其耐久性還沒有系統的研究，應用需謹慎。

豫中地區的人工砂大多來自魯山、禹州、新密和鞏義等地區。其特點是以石灰巖、白云巖破碎為主，夾雜部分山體表層巖石，總壓碎值指標為15%～20%，受該產地巖石的特性和破碎分選工藝的影響，顆粒級配多不連續，一般輔以特細砂混合使用。

豫北地區人工砂大多來自新鄉、焦作、安陽等地的石灰巖，其壓碎值在15%～18%，但是顆粒異性較多，級配多不連續，一般輔以特細砂或石粉配合使用。

河南地區人工砂的突出的問題是MB值不合格，含泥量（主要是泥粉含量）普遍較高，顆粒級配不連續，對混凝土和易性影響明顯，給混凝土的配制帶來難題。實際應用過程中標號C40以下的商品混凝土可以全部采用人工砂，以各類人工砂調配使用居多，C40以上商品混凝土一般以天然砂和人工砂配合使用。

2 人工砂性能評價標準待完善

目前建筑用砂的國家現行標準由 《建筑用砂》GB/T 14684—2011和《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ 52—2006，其中對顆粒級配（細度模數）、石粉含量、壓碎指標等做了相應的技術要求，結合當前人工砂應用過程中的諸多問題，僅此技術指標并不能給人工砂的應用做科學全面的指導。如的顆粒級配（細度模數）參數，僅僅給出相應的細度模數，并不能有效指導人工砂的應用，還應將分級篩余納入技術指標。因為上述國家現行標準所設置技術指標，更多的是表征天然砂的質量。河砂是天然石在自然狀態下，經水的作用力長時間反復沖撞、摩擦產生的，其表面有一定光滑性，顆粒渾圓，而人工砂是由機械破碎而成，顆粒形狀不規則，其粒形多數為三角形、方矩形、針狀、片狀等，顆粒表面粗糙，多尖銳棱角。且由于礦石來源的問題，很多礦石含有大量的泥塊、風化石、風化頁巖、輕物質等不良雜質。

因此要全面表征人工砂的質量，應加強調查研究，制訂人工砂的應用標準，增加砂的分計篩余、石粉的MB值、石粉流動度比、吸水率、砂的需水量比等新的技術指標，對人工砂的級配、粒形、石粉含量提出了新的表征方法，引導混凝土配合比設計更加重視骨料體系的設計與優化，更加重視級配、粒形的作用，更加科學認識、合理使用人工砂中的石粉等副產品。

3 人工砂的特性對混凝土性能的影響

混凝土的性能主要包括工作性和28 d抗壓強度，其中工作性包括流動性、粘聚性、保水性和易振性，其主要測試方法有坍落度試驗和維勃稠度試驗。人工砂因為級配不佳，各粒徑的顆粒組成比例差異較大，與最大密度理論曲線有所偏差，且顆粒尖銳棱角多、表面粗糙，對混凝土的工作性易造成坍落度損失大、拌合物泌水、粘聚性較差及泵送混凝土壓力大等問題。雖然人工砂的表面粗糙和顆粒尖銳對骨料和水泥的黏結有利，但骨料間的內摩擦較大，阻止了混凝土的流動。

為改善解決上述問題，適中的石粉含量對混凝土的工作性十分重要。試驗結果表明，石粉含量較低時，混凝土會出現粘聚性差、泌水的情況，坍落度小，流動性不足，坍落度試驗中混凝土錐體自行坍塌。適當提高人工砂中的石粉含量，可使得混凝土變黏，包裹性更好，一定程度上改善了混凝土的泌水性和粘聚性，坍落度也增加明顯，但過量石粉會使其需水量急劇增加，提高混凝土黏性，降低混凝土流動性和工作性，通常石粉含量在7%~9%時，會有較好的工作性，各方面性能均衡，應用效果較好。人工砂對混凝土力學性能的影響主要取決于人工砂的母巖巖性、人工砂級配、含泥量、石粉含量，人工砂的外觀使砂顆粒之間的咬合比較緊密，在級配較好的情況下，人工砂對混凝土的強度有一定的提升，而石粉可以作為混凝土的微骨料，且具有輕微的活性，可以與水泥發生反應，石粉還可誘導水泥水化產物析晶，加速水泥的水化反應，在石粉含量不超過15%的情況下，石粉對混凝土的力學性能基本是向有利方向發展的，超過15%時會對混凝土強度造成不利影響。

4 制約人工砂應用的因素及對策

目前制約人工砂應用的主要原因是市場上人工砂質量不容樂觀，大部分企業生產規模小，生產工藝落后，為節省成本常采用邊角廢料生產人工砂，造成人工砂質量不穩定，級配波動大，含泥量超標，施工單位難以掌控，忌憚心理排斥使用。為解決這一問題需要行業主管部門加強引導，抓大放小，培養優勢企業，淘汰落后產能，提高人工砂的質量。高速公路建設由于用量大，為把控質量，可自建人工砂生產線，購進合格粗集料自行生產，可有效控制人工砂質量。

主管部門對人工砂的利用持保守態度，甚至下發紅頭文件限制甚至禁止使用人工砂，明確規定人工砂僅能應用于附屬工程，要求現澆、懸澆、斜拉等重要橋梁、預制梁板、隧道、房建等主體結構暫不采用人工砂。由于政策因素制約，導致建設及施工單位應用人工砂政策阻力較大，往往需要多方溝通論證才能在部分工程中少量應用。而目前河砂資源枯竭，人工砂必將逐步替代河砂成為主流。因此，行業主管部門需鼓勵人工砂的應用，對建設項目工程質量管控、成本工期控制將起到重大作用。

由于人工砂應用不廣泛，造成能熟練掌握人工砂生產和人工砂混凝土配比的專業技術人員短缺，也在一定程度上制約了人工砂的應用推廣。應加強人才的引進與培養，一般來說經過兩個月左右的試配應用，大部分混凝土試驗員基本能掌握人工砂混凝土的配制和生產。同時引進先進人工砂成產設備，以優良的設備克服人員技術和管理不足的問題，經過一段時間的磨合積累，循序漸進的提高。

5 結語

文章通過分析研究發現在科學合理的混凝土配比確保混凝土性能的前提下，使用人工砂生產混凝土可大幅降低混凝土成本，按目前材料單價，每方混凝土節省材料成本約52.53元，節約幅度約11%，同時其社會效益和環保效益顯著。

目前制約人工砂混凝土推廣應用發展的主要因素有人工砂質量、政策和專業人才短缺造成的技術缺乏等因素，文章也提出了解決途徑。推廣人工砂的應用，加強人工砂的科研、提高人工砂產品質量，推廣和提高人工砂混凝土的配制和生產應用技術，相信在目前河砂難求及建設工程大力推進的大背景下，人工砂的應用必將越來越廣，應用技術必會穩步提高，性能將達到或者超過河砂混凝土。