合理利用人工砂中的石粉
2005-04-27 00:00
摘要：针对目前人工砂生产和使用中丢弃石粉的做法，对石粉的微级配进行初步测试分析，并试验研究了石粉在混凝土中对和易性和强度的影响。试验表明，在新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度。
关键词：石粉；人工砂；混凝土；级配
近几年基本建设的持续高速发展，对配制混凝土的建筑用砂需求量急增。天然砂资源的短缺、环境保护的加强及GB/T 14684-2001《建筑用砂》的实施都促进了人工砂的发展。据估计，有些地区人工砂的产量已占到混凝土建筑用砂量的20%~30%。但在人工砂的生产和使用中存在着一些误区，其中，主要的问题是对人工砂中的石粉认识不正确，盲目地洗掉石粉（含量约占10%），在生产上不仅降低产量、浪费宝贵的矿产和水资源，又造成新的环境污染；在使用中由于人工砂自身的特点，造成配制的混凝土和易性差，并表现出强度降低、水泥用量增加、外观质量不好等一系列问题。为此，笔者用2个人工砂生产企业丢弃的石粉进行了不同比例掺入量的平行对比试验，结果表明，在中低等级（强度等级不大于C45）的新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度。这对人工砂生产单位选择合理的生产工艺路线和设备，提高产量和降低成本，对正确使用人工砂，发挥人工砂的长处有重要的意义。
1 试验
1.1 试验方法与材料
在相同的试验条件下，利用相同水泥、粗骨料、外加剂、粉煤灰等材料，采用已在生产过程中去除了石粉的2种人工砂A、B（A 是石灰石制成的人工砂，B 是河卵石制成的人工砂）及该人工砂洗走的石粉，按不同石粉掺量配制同水灰比的混凝土，对比混凝土拌合物的坍落度、和易性及混凝土3、7、28d 抗压强度。另外对天然砂进行了对比试验。
水泥：P.O 32.5级普通硅酸盐水泥； 外加剂： 泵送剂；粉煤灰：II 级；人工砂A（水洗）：细度模数3.3，级配II区，堆积密度1540kg/m3；人工砂A（未水洗）：细度模数2.7，级配II区，堆积密度1570kg/m3；人工砂B（水洗）：细度模数3.1.，级配I区，堆积密度. 1510kg/m3；天然砂：细度模数2.2，级配II区，堆积密度1550 kg/m3。
1.2 试验配比与结果
使用人工砂A、B的混凝土配比与试验结果分别见表1和表 2
表1 使用人工砂A的混凝土配比与试验结果
注：表中水的配合比是根据坍落度调整而得。
表2 使用人工砂B的混凝土配比与试验结果
注：水洗人工砂中含有2%的石粉。
2 结果分析与讨论
1 结果分析
（1） 从表.可以明显得出，随着石粉含量的增加，混凝土的和易性逐步改善，强度逐步提高。特别是未水洗、石粉含量为.2&的人工砂配制的混凝土不泌水，和易性最好，且28d抗压强度最高，比未掺石粉的混凝土提高44%.
（2） 表2的结论与表1基本相同，只是出现了石粉含量为12%的人工砂混凝土强度有所降低的现象，但由于试验样本量太少，是否9%或10%为该石粉的最佳掺量有待进一步试验研究。而且，不同种类的石粉存在着各自不同的最佳掺量。从A石粉试验结果分析，以原状未洗砂石粉含量为最好，人工砂B由于湿法生产工艺限制，不能取得原状未洗砂。
（3） 所有含(掺)石粉的人工砂配制的混凝土不管和易性如何都比同条件天然砂配制的混凝土抗压强度高，强度提高幅度最高为65%。混合砂配制的混凝土的强度亦高于天然砂配制的混凝土。
2.2 讨论
（1） 水洗人工砂混凝土的和易性不好但强度普遍高于对比的天然砂混凝土，包括混合砂配制的混凝土的强度也高于天然砂配制的混凝土的主要原因是人工砂的颗粒表面粗糙，多棱角，骨料与水泥、骨料之间的结合好，机械咬合力高。但也正是由于其特殊的粒型造成流动性差，需要良好的级配和微细骨料去改善。
（2） B石粉试验以原状未洗砂石粉为最好。过去所使用的天然砂绝大多数是江河砂，人工砂对建筑业来说还是新材料，由于其生产工艺的限制，在微细级配上基本断档，对骨料的微细级配的组成和作用研究极少。就洗走的石粉来看，并非只洗走了75μm以下的颗粒，同时还洗走了包括150μm、300μm甚至是600μm的颗粒，部分洗走石粉的筛分结果见表3。
表3 部分洗走石粉的筛分结果
|
编号 |
分计筛余/% | ||||
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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 |
从表3可知，水洗的结果一是浪费，二是破坏了人工砂的自然级配，不利于达到骨料的最大密实。
人工砂的石粉与天然砂的泥粉不同，从图1可明显看出，同是小于75μm的颗粒，泥粉中的70%颗粒集中分布在16μm以下，平均粒径为8.4μm.A石粉70%颗粒集中分布在16μm以上，平均粒径为36.9μm.B石粉88%颗粒集中分布在16μm以上，平均粒径为52.8μm.A、B砂的石粉平均粒径分别是天然砂泥粉平均粒径的4.4和6.3倍，如此的粒度分布，不但不会阻碍水泥与骨料的结合，相反，填补了混凝土骨料之间的空隙，改善了混凝土和易性，提高了混凝土密实性，也就提高了混凝土的强度，对混凝土的长期耐久性也大有益处。
（4）成功使用带石粉人工砂的实例也很多，如香港目前唯一在当地拥有石矿的嘉华集团，干法生产的花岗岩人工砂，石粉含量控制在10%，不仅用于生产C30、C40的普通混凝土，而且配制C60以上的高强混凝土，使用时间已达24年以上，并建造了很多著名的建筑。笔者与北京城建一公司曾用干法生产的石灰岩人工砂（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区建了一栋现浇剪力墙结构的9层住宅楼，目前质量很好。
（5）人工砂的生产和使用中存在着不接受石粉的现象，主要有使用方面的2条重要原因：一是认识问题，带石粉的人工砂与天然砂相比，其外观上有明显的不同，10%左右的干法生产人工砂看上去就像全是石粉一样，使人心生疑虑，不敢使用。二是标准问题，目前建筑工程业大都执行JGJ 5292，其中没有人工砂的种类与技术要求，但该标准目前已在修订之中，从征求意见稿获悉，已充分考虑了人工砂的特点，随着人们对人工砂认识的逐步提高和新标准的出台，目前的不接受石粉的现象一定会改变。
3 结论
从试验室试验到工程应用，证明合理使用带石粉（必须是真正的石粉，而不能是泥粉）的人工砂，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度。石粉的含量宜控制在10%左右，对强度等级大于C30的混凝土，石粉含量还可以放宽一些，并以干法生产的原状砂为宜。
参考文献：
陈家珑，人工砂—新型建设用砂。新型建筑材料，2002.（6）；32-34
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