摘要：天然砂属有限资源，其产源也具有地域性，长期大量采挖会破坏生态环境。随着国家基础建设工程及房地产业的迅猛发展和河道、农田环境保护的加强，天然砂呈现出了数量减少、价格上涨及质量下降的趋势。寻求替代资源迫在眉睫,人工砂作为一种新型的建筑用砂，也已被正式列入国家标准。人工砂的利用是解决天然砂资源不足与混凝土及工程用砂日益增加之间矛盾的良好出路。
关键词：人工砂；混凝土；环境保护；自密实
河砂是不可再生的资源，在混凝土的生产中，用人工砂替代部分河砂，不仅可以响应国家的能源可持续发展政策，节约资源，还可以降低商品混凝土的生产成本及改善产品的性能，从而取得较好的经济和社会效益。
1 人工砂的定义
2012年2月1日实施新的国家砂石标准《建筑用砂》（GB/T14684－2011）将砂按品种分为天然砂、机制砂两类。天然砂（naturalsand）指由自然生成的,经人工开采和筛分的粒径小于4.75mm的岩石颗粒，包括河砂、湖砂、山砂、淡化海砂，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。机制砂（manufacturedsand）指经除土处理,由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石,但不包括软质、风化的颗粒,俗称人工砂。
2 人工砂对混凝土性能的影响分析
颗粒粒径300μm以下的含量比较高，这是人工砂的颗粒级配具有的特点。配制混凝土时，宜选择人工砂细度模数为2.3～3.2之间为最佳。若人工砂MB值为0.75g/kg﹙MB＜1.4﹚时，这说明石粉占了主要部分，而泥粉在这之中，只占了很少的部分。石粉在人工砂之中是一种惰性的填充材料，其能够使得混凝土的抗渗性以及密实性有所提高,但其含量不宜大于10％。另一方面，人工砂形状是棱角，其表面十分粗糙，非常容易利用水泥浆料将它与骨料的界面相粘结起来，间接地提高混凝土的强度。
根据公司材料情况,机制砂细度:3.4-3.6之间属粗砂,石粉含量7.2%,MB＜1.4;河砂细度2.3-2.5之间属中砂,含泥量0.8%,在水胶比不变的情况下对不同机制砂掺量,进行了大量试验及实际运用后得出以下的结论(为保证砼的质量及和易性,随机制砂掺量增加适当提高配合比砂率)：（1）机制砂掺量0%、30%、50%、70%的混凝土拌合物性能符合《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-2011）的技术要求。（2）机制砂掺量0~70%范围内，混凝土强度、耐久性能的变化趋势如下：①机制砂掺量为30%的混凝土28d抗压强度值稍低于未掺机制砂的基准混凝土，但其流动性较基准混凝土好及56d强度高于基准混凝土。当机制砂掺量增加至50%时，混凝土28d、56d抗压强度分别达到峰值,混凝土和易性较为理想。随机制砂掺量继续增加至70%，混凝土和易性呈下降趋势,28d、56d抗压强度分别也呈逐渐下降趋势。②掺入0～70%的机制砂，不利于混凝土早期抗裂性能的发展。③机制砂掺量为0%的基准混凝土抗碳化、抗渗、抗氯离子渗透性能相对较低。当机制砂掺量为50%时，混凝土的抗碳化、抗渗、抗氯离子渗透性能及和易性相对为最佳。随着机制砂掺量从 50%逐渐增加至 70%，混凝土和易性、抗碳化、抗渗、抗氯离子渗透性能呈逐渐下降趋势。所以,建议公司用于生产混凝土所用机制砂的掺量以50%为宜。
3 人工砂高性能混凝土(自密实砼)的配制与应用
3.1 混凝土性能技术要求
配制自密实混凝土要求高流动性、不离析、均匀性和稳定性，浇筑时依靠其自重达到其密实，还应考虑到混凝土的耐久性、抗渗性问题，配合比设计强度为C35，坍落度200±30mm，扩散度≥650mm，为防止运输、泵送过程中时间过长，控制其初凝缓凝时间约9小时。
3.2 原材料选用
自密实混凝土对原材料要求相对较高，特别是骨料的选择，粗骨料应选择针片状含量少、颗粒外形成方略偏圆形，且级配良好、含泥量少，减水剂选择坍落度损失小，减水率高的聚羧酸型。
所以本工程所选用的原材料：
（1）水泥：当地中材P•O42.5，R3=28.6/5.4MPa，R28=50.7MPa。
（2）粉煤灰：用II级灰，细度15.6%，烧失量1.66%，需水比96%。
（3）矿粉：用S95，比表面积403m2/kg ，烧失量0.15%，活性指数7天81%，28天101%。
（4）细骨料：为获得较好的流动性,采用本地人工砂掺河砂，人工砂细度:3.4-3.6属粗砂,石粉含量7.2%,MB＜1.4;河砂细度2.3-2.5属中砂,含泥量0.8%,各掺50%后细度为2.9-3.1。
（5）粗骨料：选用本地5-25mm连续级配碎石,压碎指标值7.2%,针片状颗粒含量6.4%,含泥量为0.2%。
（6）减水剂：聚羧酸型高效减水剂,密度1.051g/cm2，减水率≥25%。
3.3 混凝土配合比设计
自密实混凝土的理论配合比计算宜采用绝对体积法。主要参数包括拌和物单位体积粗骨料绝对体积、单位体积用水量、单位体积浆体量（即水泥浆的体积），然后依据试拌结果，对理论的配合比进行调整，步骤如下： 1m3混凝土中粗骨料的绝对体积在0.28～0.35m3范围内为宜，过小混凝土的力学性能显著降低，过大则拌合物的工作性能大幅降低。单位体积用水量155～180kg，胶凝材料总用量宜为450～550kg，同时还应考虑混凝土的含气量，宜为1.5%～4.0%。根据以上原则，经多次试验，确定最佳配合比，如表1。
3.4 自密实混凝土性能
从施工的泵送情况看，泵送顺利。300-500米长的管道没有造成泵送困难，施工性能好，拆模后混凝土表面较光滑,强度能达到设计要求。混凝土的密实度也很好，28天压力试水，加压至1.0mpa未有渗水现象，业主非常满意，见表2
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综上所述，人工砂在混凝土的生产应用前景非常广大，尤其是在天然砂日益枯竭的今天，人工砂充分利用促进了混凝土行业的可持续发展。只有不断强化相关方面研究，并将探索得出的有益经验积极运用到操作实践中，以达到更好的使用效果。合理地利用人工砂与天然砂混合，不会对混凝土的工作性能及强度有太大的影响,甚至其各项性能优于天然砂混凝土,还能降低企业生产成本,主要减少了天然砂开采、运输对保护环境，节约资源有着积极和重要意义，实现社会效益和经济效益双赢的必由之路,值得推广。
参考文献
[1]韩静云，王春明，宋旭艳.人工砂商品混凝土配合比的试验研究[J].混凝土与水泥制品，2011（12）.
[2]王越云.人工砂配制高性能混凝土在高速铁路中的应用[J].高速铁路技术，2011（02）.
[3]CECS203：2006《自密实混凝土应用技术规程》；CCES02-2004自密实混凝土设计与施工指南.
论文作者:韩佛添
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/20
标签：混凝土论文; 密实论文; 骨料论文; 机制论文; 性能论文; 体积论文; 和易论文; 《基层建设》2017年第15期论文;