合理利用人工砂中的石粉
2005-04-27 00:00
摘要：針對目前人工砂生產和使用中丟棄石粉的做法，對石粉的微級配進行初步測試分析，并試驗研究了石粉在混凝土中對和易性和強度的影響。試驗表明，在新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強度。
關鍵詞：石粉；人工砂；混凝土；級配
近幾年基本建設的持續高速發展，對配制混凝土的建筑用砂需求量急增。天然砂資源的短缺、環境保護的加強及GB/T 14684-2001《建筑用砂》的實施都促進了人工砂的發展。據估計，有些地區人工砂的產量已占到混凝土建筑用砂量的20%~30%。但在人工砂的生產和使用中存在著一些誤區，其中，主要的問題是對人工砂中的石粉認識不正確，盲目地洗掉石粉（含量約占10%），在生產上不僅降低產量、浪費寶貴的礦產和水資源，又造成新的環境污染；在使用中由于人工砂自身的特點，造成配制的混凝土和易性差，并表現出強度降低、水泥用量增加、外觀質量不好等一系列問題。為此，筆者用2個人工砂生產企業丟棄的石粉進行了不同比例摻入量的平行對比試驗，結果表明，在中低等級（強度等級不大于C45）的新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強度。這對人工砂生產單位選擇合理的生產工藝路線和設備，提高產量和降低成本，對正確使用人工砂，發揮人工砂的長處有重要的意義。
1 試驗
1.1 試驗方法與材料
在相同的試驗條件下，利用相同水泥、粗骨料、外加劑、粉煤灰等材料，采用已在生產過程中去除了石粉的2種人工砂A、B（A 是石灰石制成的人工砂，B 是河卵石制成的人工砂）及該人工砂洗走的石粉，按不同石粉摻量配制同水灰比的混凝土，對比混凝土拌合物的坍落度、和易性及混凝土3、7、28d 抗壓強度。另外對天然砂進行了對比試驗。
水泥：P.O 32.5級普通硅酸鹽水泥； 外加劑： 泵送劑；粉煤灰：II 級；人工砂A（水洗）：細度模數3.3，級配II區，堆積密度1540kg/m3；人工砂A（未水洗）：細度模數2.7，級配II區，堆積密度1570kg/m3；人工砂B（水洗）：細度模數3.1.，級配I區，堆積密度. 1510kg/m3；天然砂：細度模數2.2，級配II區，堆積密度1550 kg/m3。
1.2 試驗配比與結果
使用人工砂A、B的混凝土配比與試驗結果分別見表1和表 2
表1 使用人工砂A的混凝土配比與試驗結果
注：表中水的配合比是根據坍落度調整而得。
表2 使用人工砂B的混凝土配比與試驗結果
注：水洗人工砂中含有2%的石粉。
2 結果分析與討論
1 結果分析
（1） 從表.可以明顯得出，隨著石粉含量的增加，混凝土的和易性逐步改善，強度逐步提高。特別是未水洗、石粉含量為.2&的人工砂配制的混凝土不泌水，和易性最好，且28d抗壓強度最高，比未摻石粉的混凝土提高44%.
（2） 表2的結論與表1基本相同，只是出現了石粉含量為12%的人工砂混凝土強度有所降低的現象，但由于試驗樣本量太少，是否9%或10%為該石粉的最佳摻量有待進一步試驗研究。而且，不同種類的石粉存在著各自不同的最佳摻量。從A石粉試驗結果分析，以原狀未洗砂石粉含量為最好，人工砂B由于濕法生產工藝限制，不能取得原狀未洗砂。
（3） 所有含(摻)石粉的人工砂配制的混凝土不管和易性如何都比同條件天然砂配制的混凝土抗壓強度高，強度提高幅度最高為65%。混合砂配制的混凝土的強度亦高于天然砂配制的混凝土。
2.2 討論
（1） 水洗人工砂混凝土的和易性不好但強度普遍高于對比的天然砂混凝土，包括混合砂配制的混凝土的強度也高于天然砂配制的混凝土的主要原因是人工砂的顆粒表面粗糙，多棱角，骨料與水泥、骨料之間的結合好，機械咬合力高。但也正是由于其特殊的粒型造成流動性差，需要良好的級配和微細骨料去改善。
（2） B石粉試驗以原狀未洗砂石粉為最好。過去所使用的天然砂絕大多數是江河砂，人工砂對建筑業來說還是新材料，由于其生產工藝的限制，在微細級配上基本斷檔，對骨料的微細級配的組成和作用研究極少。就洗走的石粉來看，并非只洗走了75μm以下的顆粒，同時還洗走了包括150μm、300μm甚至是600μm的顆粒，部分洗走石粉的篩分結果見表3。
表3 部分洗走石粉的篩分結果
|
編號 |
分計篩余/% | ||||
|
600μm |
300μm |
150μm |
75μm |
<75μm | |
|
1 |
2.7 |
20.9 |
41.6 |
10.0 |
24.8 |
|
2 |
0 |
18.5 |
21.8 |
11.4 |
48.3 |
|
3 |
0 |
0.8 |
25.9 |
24.8 |
48.5 |
從表3可知，水洗的結果一是浪費，二是破壞了人工砂的自然級配，不利于達到骨料的最大密實。
人工砂的石粉與天然砂的泥粉不同，從圖1可明顯看出，同是小于75μm的顆粒，泥粉中的70%顆粒集中分布在16μm以下，平均粒徑為8.4μm.A石粉70%顆粒集中分布在16μm以上，平均粒徑為36.9μm.B石粉88%顆粒集中分布在16μm以上，平均粒徑為52.8μm.A、B砂的石粉平均粒徑分別是天然砂泥粉平均粒徑的4.4和6.3倍，如此的粒度分布，不但不會阻礙水泥與骨料的結合，相反，填補了混凝土骨料之間的空隙，改善了混凝土和易性，提高了混凝土密實性，也就提高了混凝土的強度，對混凝土的長期耐久性也大有益處。
（4）成功使用帶石粉人工砂的實例也很多，如香港目前唯一在當地擁有石礦的嘉華集團，干法生產的花崗巖人工砂，石粉含量控制在10%，不僅用于生產C30、C40的普通混凝土，而且配制C60以上的高強混凝土，使用時間已達24年以上，并建造了很多著名的建筑。筆者與北京城建一公司曾用干法生產的石灰巖人工砂（石粉含量11%的未洗砂）配制混凝土，于1996年在北京甘家口危改小區建了一棟現澆剪力墻結構的9層住宅樓，目前質量很好。
（5）人工砂的生產和使用中存在著不接受石粉的現象，主要有使用方面的2條重要原因：一是認識問題，帶石粉的人工砂與天然砂相比，其外觀上有明顯的不同，10%左右的干法生產人工砂看上去就像全是石粉一樣，使人心生疑慮，不敢使用。二是標準問題，目前建筑工程業大都執行JGJ 5292，其中沒有人工砂的種類與技術要求，但該標準目前已在修訂之中，從征求意見稿獲悉，已充分考慮了人工砂的特點，隨著人們對人工砂認識的逐步提高和新標準的出臺，目前的不接受石粉的現象一定會改變。
3 結論
從試驗室試驗到工程應用，證明合理使用帶石粉（必須是真正的石粉，而不能是泥粉）的人工砂，能明顯改善混凝土的和易性、提高混凝土的強度。石粉的含量宜控制在10%左右，對強度等級大于C30的混凝土，石粉含量還可以放寬一些，并以干法生產的原狀砂為宜。
參考文獻：
陳家瓏，人工砂—新型建設用砂。新型建筑材料，2002.（6）；32-34
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