人工砂-新型建設(shè)用砂

　　一、人工砂出臺(tái)的背景

　　1.建設(shè)市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)展的需要。

　　隨著改革開放的深入發(fā)展，砂石業(yè)同其它建材行業(yè)一樣發(fā)展很快。我國(guó)砂石年產(chǎn)量由改革前6億多噸增加到50億噸，其中，砂約20億噸。目前我國(guó)大多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的砂是天然砂，天然砂資源是一種地方資源、是短時(shí)內(nèi)不可再生和長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)?，隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展，在我國(guó)不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、甚至無(wú)天然砂的情況，混凝土用砂供需矛盾尤為突出，而砂的價(jià)格越來(lái)越高，在有些地區(qū)高達(dá)110元/噸，用砂高峰時(shí)還無(wú)砂可用，影響了工程建設(shè)的進(jìn)展。

　　目前，混凝土的發(fā)展趨勢(shì)是發(fā)展高性能混凝土（HPC），而HPC的發(fā)展必須有高質(zhì)量的砂石骨料。我國(guó)混凝土方面的專家把砂石骨料的質(zhì)量視為制約我國(guó)混凝土發(fā)展的瓶頸；分析認(rèn)為，中國(guó)混凝土質(zhì)量不如西方的主要原因是砂石的質(zhì)量差；警告說(shuō)，如果骨料品質(zhì)低劣與離散性大的現(xiàn)狀得不到改善，HPC就不可能實(shí)施。

　　2.環(huán)境保護(hù)的需要

　　由于砂資源短缺，價(jià)格上漲，在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下，在我國(guó)很多地區(qū)都出現(xiàn)了亂采亂挖天然砂的情況，特別在前幾年，毀田挖砂、破壞河道挖砂的情況比目皆是，不但破壞了有限的耕地、防洪堤壩，并由此引發(fā)了不少工程事故。另外，由于天然砂的無(wú)序生產(chǎn)，在生產(chǎn)、貯存、和運(yùn)輸過(guò)程中還造成對(duì)空氣和環(huán)境的污染，國(guó)務(wù)院和各地人民政府不得不相繼出臺(tái)了禁采或限采天然砂的規(guī)定。例如，從2002年開始，整個(gè)長(zhǎng)江采砂量控制在每年5000萬(wàn)噸。北京市376家砂石企業(yè)減為151家，2003年5月全面禁采。

　　我國(guó)有大量的金屬礦和非金屬礦，在采礦和加工過(guò)程中伴隨產(chǎn)生約20%的尾礦，有相當(dāng)尾礦沒(méi)有合理利用，已約有上百億噸的尾礦大量堆積，占用土地，造成環(huán)境污染，而如果經(jīng)過(guò)適當(dāng)分選與加工，不少尾礦就可以制成人工砂，既解決了提環(huán)境污染問(wèn)題，又提高了資源利用率，形成綜合效益。

　　3. 條件已經(jīng)成熟

　　從20世紀(jì)60年代起，因?yàn)橐恍┙ㄔO(shè)工程的環(huán)境條件所限，我國(guó)水電、建筑部門就開始用當(dāng)?shù)厥倪M(jìn)行機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能和應(yīng)用于混凝土和砂漿的研究，并開始在工程上使用。從70年代起，我國(guó)貴州省已在建筑上大規(guī)模使用機(jī)制山砂，并制定了地方標(biāo)準(zhǔn)。以后，云南、河南也相繼出臺(tái)了人工砂地方標(biāo)準(zhǔn)或使用規(guī)程。90年代以來(lái)，北京、天津、上海、重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生產(chǎn)線，進(jìn)行過(guò)人工砂的使用研究。幾十年大量的工程實(shí)踐，證明了使用人工砂在經(jīng)濟(jì)上是合理的，技術(shù)上是成熟的。國(guó)外，美、英、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用人工砂也有幾十年的歷史，將人工砂納入其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間至少30年以上。筆者因工作需要，從80年開始砂石研究，特別是從利用各種廢棄資源做骨料的實(shí)踐認(rèn)識(shí)到，發(fā)展人工砂是建筑骨料今后的必然方向。

　　目前，國(guó)內(nèi)工藝成熟的人工砂生產(chǎn)線已有多條，生產(chǎn)人工砂的設(shè)備與技術(shù)完全具備，國(guó)內(nèi)、外有不同的品牌、型號(hào)的制砂設(shè)備可供選擇。

　　綜上所述，發(fā)展人工砂的勢(shì)在必行。

　　二、人工砂的定義、分類、產(chǎn)品特點(diǎn)與應(yīng)用范圍

　　根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定，凡經(jīng)除土處理的機(jī)制砂、混合砂都統(tǒng)稱為人工砂。具體機(jī)制砂的定義是：由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm的巖石顆粒，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒?；旌仙暗亩x是：由機(jī)制砂和天然砂混合制成的砂。這里，混合砂沒(méi)有規(guī)定混合比例，只要求能滿足混凝土各項(xiàng)性能的需要。但必須指出，一旦使用混合砂，無(wú)論天然砂的比例占多大，都應(yīng)當(dāng)執(zhí)行人工砂的技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法。

　　機(jī)制砂的自身主要特點(diǎn)是：目前基本為中粗砂，細(xì)度模數(shù)在2.6-3.6之間，顆粒級(jí)配穩(wěn)定、可調(diào)，含有一定量的石粉，除150祄的篩余有所增加外，其余篩余均能滿足標(biāo)準(zhǔn)天然砂1區(qū)、2區(qū)要求，粒型多呈三角體或方矩體，表面粗糙，棱角尖銳。但由于全國(guó)各地機(jī)制砂的生產(chǎn)礦源的不同、生產(chǎn)加工機(jī)制砂的設(shè)備和工藝不同，生產(chǎn)出機(jī)制砂粒型和級(jí)配可能會(huì)有很大的區(qū)別，比如，有些機(jī)制砂片狀顆粒較多，有些機(jī)制砂的顆粒級(jí)配為兩頭大中間小，但只要能滿足國(guó)標(biāo)中對(duì)人工砂的全部技術(shù)指標(biāo)，就可以在混凝土和砂漿中使用。達(dá)不到國(guó)標(biāo)人工砂技術(shù)（包括級(jí)配）要求的，不能遷就使用，因?yàn)闄C(jī)制砂的粒型和級(jí)配都是可以調(diào)整和改進(jìn)的，在這一點(diǎn)上，人工砂于天然砂有著本質(zhì)的區(qū)別?；旌仙半S機(jī)制砂的摻入比例而降低其上述特點(diǎn)。

　　由人工砂本身的特點(diǎn)所決定，與條件相同天然砂相比，在配比設(shè)計(jì)、其它材料、成型養(yǎng)護(hù)條件都相同的情況下，用人工砂配置出混凝土的特點(diǎn)是：塌落度減小，混凝土28d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度提高；如保持塌落度不變，則需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比變大后，一般情況下，混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度并不降低。按天然砂的規(guī)律進(jìn)行混凝土配比設(shè)計(jì)，人工砂的需水量大，和易性稍差，易產(chǎn)生泌水，特別在水泥用量少的低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中表現(xiàn)明顯；而如果根據(jù)人工砂的特點(diǎn)進(jìn)行混凝土配比設(shè)計(jì)，通過(guò)合理利用人工砂中的石粉、調(diào)整人工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程的配比設(shè)計(jì)方法完全適用于人工砂。最適合配制混凝土的人工砂細(xì)度模數(shù)為2.6-3.0，級(jí)配為2區(qū)。人工砂在配制填加外加劑的混凝土?xí)r，對(duì)外加劑的反應(yīng)比天然砂敏感。人工砂配制的高強(qiáng)度泵送混凝土在泵送過(guò)程中不易堵泵。正確使用人工砂的混凝土密實(shí)度大、抗?jié)B、抗凍性能好，其它物理力學(xué)性能和長(zhǎng)期耐久性均能達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。人工砂特別適于配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。

　　目前，我國(guó)最大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程實(shí)踐中，人工砂配制出了從C10-C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度達(dá)400m；配制出跨度達(dá)64m的予應(yīng)力混凝土粱。在試驗(yàn)室設(shè)計(jì)強(qiáng)度C100的混凝土90天實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到155Mpa。人工砂可以廣泛應(yīng)用在混凝土、砂漿和制品中。

　　三、使用和生產(chǎn)人工砂應(yīng)注意的若干問(wèn)題

　　1.     正確認(rèn)識(shí)和利用石粉

　　全國(guó)多數(shù)使用單位對(duì)人工砂目前還是陌生的，特別從其外觀上看，與天然砂有明顯的不同。人工砂多數(shù)呈灰白色或黑色、看上去石粉很多。這里所稱的石粉是：加工前經(jīng)除土處理，加工后形成粒徑小于75μm，其礦物組成和化學(xué)成分與被加工母巖相同的物質(zhì)。雖同是小于75μm的顆粒,但石粉與天然砂中的泥成分不同、粒徑分布不同、在混凝土中所起的作用亦不同。僅從細(xì)度角度講，經(jīng)測(cè)試表明，小于75μm的石粉顆粒分布主要集中在16μm以上，小于75μm泥的顆粒分布主要集中在16μm以下，石粉平均粒度是泥平均粒度的近5倍。

　　天然砂中的泥對(duì)混凝土是有害的，必須嚴(yán)格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對(duì)混凝土是有益的，有適量石粉的存在，彌補(bǔ)了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷，同時(shí)，它的摻入對(duì)完善混凝土特細(xì)骨料的級(jí)配，（在這一點(diǎn)上，天然砂由于其生產(chǎn)工藝的限制，其特細(xì)級(jí)配部分是不完善的）提高混凝土密實(shí)性都有益處，現(xiàn)代混凝土設(shè)計(jì)理念，是強(qiáng)調(diào)發(fā)揮骨料骨架的支撐作用，而發(fā)揮骨料骨架的支撐作用最有利條件是使骨料之間空隙最少，密實(shí)度最高。進(jìn)而起到提高混凝土綜合性能的作用。見(jiàn)表1              表1                                                

注：表中未注明的各種試驗(yàn)材料與條件均一致。

　　從工程實(shí)踐來(lái)看，成功使用帶石粉人工砂的實(shí)例也很多，香港的嘉華集團(tuán)，干法生產(chǎn)的花崗巖人工砂，石粉含量控制在10%，不僅生產(chǎn)C30、C40的普通混凝土，而且配制C60以上的高強(qiáng)混凝土，使用時(shí)間已達(dá)24年以上，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(chǎn)的石灰?guī)r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(qū)建了一棟現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)的九層住宅樓，目前質(zhì)量很好。

　　為防止人工砂在開采、加工過(guò)程中因各種因素?fù)饺脒^(guò)量的泥土，而這又是目測(cè)和傳統(tǒng)含泥量試驗(yàn)所不能區(qū)分的，在使用前必須先進(jìn)行亞甲藍(lán)MB值的檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn)。亞甲藍(lán)MB值的檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn)是專門用于檢測(cè)小于75μm的物質(zhì)主要是石粉還是泥土的試驗(yàn)方法。這樣就避免了因人工砂石粉中泥土含量過(guò)高而給混凝土帶來(lái)的負(fù)作用。

　　目前，因傳統(tǒng)習(xí)慣和執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)等原因，不少人工砂生產(chǎn)企業(yè)常用水洗的辦法控制人工砂中石粉的含量，結(jié)果既浪費(fèi)了資源，又形成了新的污染。因此，在人工砂的生產(chǎn)過(guò)程中宜把除土處理放在原料加工前進(jìn)行，加工后盡量保留和利用人工砂的石粉。

　　2.     嚴(yán)格控制人工砂質(zhì)量

　　我國(guó)幅源遼闊，全國(guó)各地的人工砂因礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備等不同，其顆粒形狀、粒級(jí)分布、石粉含量等會(huì)有不小的差別。比如，同是采石廠的尾礦石屑，目前浙江一帶的石屑片狀含量很高，而河北、河南的石屑顆粒形狀就比較好，而從定義上說(shuō)，都是人工砂。如何統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)使全國(guó)的人工砂都能使用得好，用得放心，在標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中進(jìn)行了大量的試驗(yàn)驗(yàn)證工作，找出了保證使用要求的人工砂質(zhì)量控制數(shù)據(jù)和方法。比如，新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了人工砂采用檢測(cè)壓碎指標(biāo)的試驗(yàn)方法來(lái)進(jìn)行堅(jiān)固性試驗(yàn)。壓碎指標(biāo)不僅能直接檢驗(yàn)出砂的抵抗破裂的能力，防止人工砂在加工過(guò)程中產(chǎn)生的微裂紋影響混凝土的強(qiáng)度，而且，對(duì)風(fēng)化軟顆粒砂、針片狀顆粒含量高的砂甚至泥土含量大的砂都有較強(qiáng)的鑒定作用。因此，只要人工砂的質(zhì)量完全達(dá)到新國(guó)標(biāo)的技術(shù)要求，無(wú)論人工砂的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備如何，就可以使用，相反，人工砂的質(zhì)量達(dá)不到新國(guó)標(biāo)的技術(shù)要求，再好的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備生產(chǎn)的人工砂也不能應(yīng)用。使用者應(yīng)要求人工砂生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)質(zhì)量，人工砂生產(chǎn)者也完全可以改進(jìn)并達(dá)到新國(guó)標(biāo)的質(zhì)量要求，這就是人工砂比天然砂有質(zhì)量保證的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。但如果按老習(xí)慣不講質(zhì)量要求，這也是人工砂的一個(gè)劣勢(shì)，因?yàn)椋珖?guó)天然砂的質(zhì)量區(qū)別不大，使用者一般都有經(jīng)驗(yàn)，而人工砂質(zhì)量區(qū)別較大，使用者缺乏經(jīng)驗(yàn)。為保證人工砂的質(zhì)量，新國(guó)標(biāo)把人工砂的顆粒級(jí)配、石粉含量（包括亞甲藍(lán)檢驗(yàn)）、泥塊含量和堅(jiān)固性檢驗(yàn)都定為人工砂出廠和施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)試的必試項(xiàng)目。只要嚴(yán)格按新標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)，使用人工砂是完全可以保證工程質(zhì)量的。

　　3. 完善生產(chǎn)、使用者的責(zé)任制

　　目前，由于天然砂大多數(shù)是集體、個(gè)體開采或經(jīng)營(yíng)，而且很多天然砂根本不是生產(chǎn)廠家提供，而是由個(gè)體分散挖掘，經(jīng)營(yíng)者收購(gòu)售出，生產(chǎn)中基本無(wú)質(zhì)量控制手段，因此，砂質(zhì)量的控制全靠使用單位進(jìn)場(chǎng)后的試驗(yàn)，建筑用砂的質(zhì)量責(zé)任幾乎全落在了使用者的身上，生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)者根本不承擔(dān)責(zé)任，或難以讓他們承擔(dān)責(zé)任，這是非常不合理的。而且，這種控制實(shí)際上非常被動(dòng)和無(wú)奈，代表性也很差，由此導(dǎo)致了一些工程事故的發(fā)生。究其原因，主要是天然砂生產(chǎn)方式和生產(chǎn)者的素質(zhì)所決定。而人工砂的生產(chǎn)則與天然砂有了根本的區(qū)別，人工砂生產(chǎn)無(wú)論規(guī)模大小，總要有固定的生產(chǎn)場(chǎng)地、生產(chǎn)工藝和設(shè)備，其產(chǎn)品的質(zhì)量是完全可以控制和穩(wěn)定的，因此，提高人工砂生產(chǎn)者的素質(zhì)、提高對(duì)人工砂生產(chǎn)企業(yè)的要求是必要和可能實(shí)現(xiàn)的。雖然目前大多數(shù)建筑用砂生產(chǎn)廠家從來(lái)沒(méi)有提供過(guò)砂產(chǎn)品合格證，但新國(guó)標(biāo)還是明確提出了要生產(chǎn)企業(yè)提供產(chǎn)品合格證這一要求。尤其人工砂的生產(chǎn)和使用者都應(yīng)堅(jiān)持執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)中的這一規(guī)定，通過(guò)提供和索要產(chǎn)品合格證，促使人工砂企業(yè)建立質(zhì)量保證體系，明確和落實(shí)生產(chǎn)者的產(chǎn)品質(zhì)量責(zé)任，然后，再由使用者進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)試，使建筑用砂質(zhì)量得到有效的保障和提高，工程質(zhì)量也就進(jìn)一步得到保證和落實(shí)。各地有關(guān)管理部門也應(yīng)采取一定的措施，使人工砂的生產(chǎn)和使用一開始就有高起點(diǎn)，以帶動(dòng)整個(gè)砂石行業(yè)的進(jìn)步。