关于人工砂的应用
摘要：在天然砂用量急速增大、自然资源面临巨大消耗的情况下，人工砂的应用愈来愈广泛，本文结合项目应用实例，主要介绍分析了人工砂的性能，还有影响人工砂应用推广的因素以及提出综合应用的看法。
关健词：混凝土、人工砂、资源、经济、应用
Abstract: With natural sand dosage rapidly growing, natural resources facing huge consumption, the application of artificial sand becomes more and more extensive, combining with the project application examples, and the major introduction and analysis of the performance of the artificial sand, and influence factors of artificial sand application promotion, the paper puts forward comprehensive point of view about application.
Key Words: concrete, artificial sand, resources, economic, application
1概述
近几年来国内建筑用砂已日趋紧张，资源消耗巨大，而且对砂石品质提出了更高的要求。
而缓解资源紧张的最佳选择就是用人工砂来代替天然砂或者与天然砂混合使用。
人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称，粒径小于4.75mm 的颗粒。
人工砂的出现解决了人类建筑资源紧张的局面。
它不但可以弥补天然砂资源的中、粗砂供应不足现状现象，也可以人工调配砂的级配，砂的成分可以人工控制。
又可以充分利用废弃的各种尾矿或废石达到到综合利用的目的。
人工砂作为建筑用砂中的一种，得到了国家的支持，于2002年颁布了《建筑用砂》规范，为我国人工砂的使用提供了相关技术要求和试验准则。
另外人工砂资源的利用和发展，对建设节约、环保也有着深远的意义。
砂资源的短缺为人工砂推广应用打开了广阔的发展空间。
2适用范围及应用实例
2.1机制砂适用范围
机制砂可配制出从C10至C70的普通砼和泵送砼以及砂浆。
它的主要特点是基本为中砂，细度模数在2.6－3.3，颗粒级配稳定、可调，含有一定量的石粉，除150μm的筛余有所增加外，别的筛都符合1、2区砂的要求，机制砂多呈三角状且表面粗糙，棱角尖锐，粒型合理。
目前我国高性能砼是研究和发展的主要方向，它不但在性能和耐久性上具有优异性，且充分利用工业中的废料，由于机制砂中石粉的微细颗粒起到了填充作用，提高了砼的强度。
所以选择加工合理控制石粉的含量就可以配制出高性能的砼。
2.2项目应用实例
尼日利亚拉各斯防波堤修复项目，是对拉各斯港入口的三条堤的堤头和部分堤身进行修复，其中东堤150m，导流堤500m，西堤250m。
需预制扭王字块7750件，混凝土方量2万m3。
经过设计变更后需开采、抛填各种规格石料约66万方（投标55万方），其中导流堤已完成29.8万方，西堤约需17.4万方，东堤约需18.6万方；预制、安装扭王字块3889块，预制12t方块4050件，总混凝土方量约3万方。
该国天然砂资源少，且乱开挖的现象很多，对当地的河道造成了很严重的破坏并对船舶航行及桥梁等设施造成极大影响。
对此，拉各斯州政府在一年中的几个月禁止擅自开采河砂。
另拉各斯的河砂质量不稳定，多是小规模人工开采，质量不统一不稳定；供应不及时，耽误工程总体进展；含泥量高且多数属细砂范围且价格昂贵工程造价高，势必会在混凝土质量、水泥用量及造价方面造成很大影响。
而我项目部石场在石料开采与碎石加工过程中，产生大量尾矿是可通过机械加工生产出质量好、满足各种级配要求的机制砂。
用于生产的母材为花岗岩,通过试验确定其强度在140MPa。
因该工程设计方为英方，所以采用的标准为英标和美标。
英国标准BS882中对细集料的级配要求为：
筛孔尺寸通过率（%）
总体级配（overall limits）额外级配（additional limits）
粗砂（C）中砂（M）细砂（F）
10.00mm 100 -- -- --
5.00mm 89-100 -- -- --
2.36mm 60-100 60-100 65-100 80-100
1.18mm 30-100 30-90 45-100 70-100
600μm15-100 15-54 25-80 55-100
300μm5-70 5-40 5-48 5-70
150μm0-15 -- -- --
国内标准对细集料的级配要求为：
筛孔尺寸级配、通过率（%）
ⅠⅡⅢ
9.50mm 0 0 0
4.75mm 10-0 10-0 10-0
2.36mm 35-5 25-0 15-0
1.18mm 65-35 50-10 25-0
600μm85-71 70-41 40-16
300μm95-80 92-70 85-55
150μm100-90 85-55 100-90
注：1区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100-85；
2区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100-80；
3区人工砂中150μm筛孔的累计筛余可以放宽到100-75.
经了解机制砂对混凝土会产生的影响有粒径、形状、含泥量、级配和吸水性等，这些特性将不同程度地影响新拌泥凝土的工作性。
另外，和细集料相关的砂率、浆集比等对混凝土工作性的影响亦在重点试验范围内。
经过几次天然砂和机制砂的对比试验和对原材料的检测，我们发现机制砂除了含泥量超过了规定要求外达到10％（天然砂含泥量要求Ⅰ<1.0,Ⅱ<3.0,Ⅲ<5.0），细度模数在2.6－2.8左右，级配在中砂范围内。
集料
Aggregate 尺寸
Size (mm) (质量通过百分率)(%)Percentage passing by mass (%)
10.0 5.0 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15
Fine Required 100 100 65-100 45-100 25-80 5-48 ---
Actual 100 100 68 54 38 27 ---
也就是说除开含泥量不附合要求外，别的指标均在范围内，我们经过多方了解发现造成含泥量高的原因，是生产过程中块石夹带了太多的泥。
我们改用第二、三层的洁净块石来打碎石，这样生产出来的机制砂，含泥量降到了2％至3％左右。
原材料检测完达标后，我们又通过了配合比对比试验，在流动性、粘聚性、
保水性、和易性、泌水和离析等方面综合比较了机制砂、天然砂配制的混凝土工作性差异，总结机制砂拌制混凝土工作性方面的的优缺点，并针对缺点做出了相应的改善措施，最后得到了现在所用的机制砂配合比，同时对配比试件按规范要求进行养护后,对不同含量的试件分别进行了7 d、28 d强度试验。
在28天配制强度上它甚至比同样材料用量的天然砂配合比高，天然砂达到41.7MPa,机制砂的配合比达到44.6MPa。
通过以上试验得出来的结果，我们最后选用了机制砂的配合比。
生产砼的过程控制中，我们增加了机制砂的检测频率，延长混凝土的拌和时间，由于机制砂不象天然砂那样光圆,所以延长混凝土的拌和时间。
控制好砼的振捣时间。
掌握质量的动态，减少因机制砂的质量而影响砼的质量。
另外在经济上我们比用天然砂节约了200多万人民币，并为工程的准时或提前完成打下了基础。
3影响人工砂应用的因素
目前受生产条件和工艺的影响，使用未经处理的石料，造成含泥量过高，未经处理的石屑中针片状多、坚固性差、裹合力差，因此不宜单独使用。
因其细微颗粒很容易粘附在颗粒的表面，由湿转干时易结成团，外观上很难看出，质量较难控制。
使人不放心不敢使用。
另外人们只把人工砂当成一种简单替代天然砂的材料，还没有更多的去研究和发现人工砂的潜在能力，这也限制了人工砂的发展。
4对人工砂中的一些问题的解决看法
人工砂中机制砂最难控制的是含水量，泥粉含量和级配三大问题，解决了这三个问题就能突显出人工砂的应用优势。
含水量方面：指砼由于机制砂保水性差，这对砼工作性和质量会产生影响。
这种情况下掺入一定的粉烧灰或控制好石粉用量都可有效改善砼性能；泥粉量方面：首先选择洁净或经除泥处理掉山皮土和夹层土的块石，不能采用在破碎后冲洗的方法，因为会冲洗掉小于75μm的颗粒，虽然是将泥冲走了，可是这里面还有石粉，那可是对砼有易的，它的存在弥补了机制砂砼中和易性差的缺陷；级配不合理方面：机制砂加工的过程中易造成颗粒大小较集中，细度模数偏大，级配不合理。
要改变这种情况就要从生产机械设备，企业自身要求要先提高，另外生产材料要固定，要注意选料，生产出来的材料级配也可通过筛分或以天然砂中的细砂混合来调整级配。
5结语
人工砂在价格与天然砂上相比具有明显的优势。
既能降低了材料成本、又能保证混凝土强度。
另外将废料和石屑制成材料运用到生产中，即解决了天然砂的紧缺又实现了材料的综合利用，又可以减少对河床因采砂而造成的破坏，有效地保护了人类自身的安全和环境，更造福于人。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。