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1、-机制砂的应用技术与成本-第 8 页机制砂的应用技术与成本砂是生产混凝土最主要的原材料，占集料40%左右，以往主要采用天然河砂，经过多年的建设开采，天然河砂的资源急剧的减少，有些地区天然河砂已近枯竭。且近期随着环保力度的加强，地方政府为保护江堤河坝、保护生态平衡，加大了禁采力度，使得天然河砂一直处于紧缺或无砂可供状态。广东省同样面临上述问题，2018年年中河砂暴涨至195元/吨，且基本处于有价无货状态，且随着河砂的紧缺，各种低质河砂甚至海砂流入市场，对工程质量造了严重的隐患，因此机制砂的应用非常必要和紧迫。机制砂的优点是材料来源广泛，质量易于把控，经合理调控使用性能同河砂相当，能够满足建设需求
2、，而且应用成本具有巨大优势，是未来建设市场的发展方向，对环境保护也非常有利。采用机制砂生产混凝土将带来巨大的经济效益和社会效益，是混凝土应用发展的必然趋势。为更好的应用好机制砂，2017年6月，广东省出台了公路工程机制砂水泥混凝土应用技术规范用于指导广东省的机制砂的规范化应用，武深高速新丰至博罗段的建设管理者，把绿色公路的理念用于设计、施工中，积极推进机制砂的生产加工，在土建标及路面标的低于C50强度等级的混凝土工程中大规模应用，积累了经验，取得了一定应用成果，确保工程质量的同时，控制了建设成本和工期，一定程度上也保护了生态环境。1机制砂的特性及对混凝土的影响分析的特点分析为将机制砂更好的应用
3、于混凝土中，通过选取河砂和3种不同生产工艺、不同母岩、不同批次的机制砂进行特点分析比较，各样品筛分结果见表1所示。从颗粒组成的统计结果及筛分曲线图进行分析，河砂及4种机制砂级配均符合国标建设用砂中的级配II区，相对于河砂，机制砂之上颗粒通过率均小于河砂，说明之上颗粒数量比河砂要多；0.3mm筛孔之下的颗粒通过率均大于河砂，说明筛孔之下颗粒数量均比河砂要多，总体上颗粒级配较天然河砂而言呈现两头大，中间小的情况。不同生产工艺、不同母岩、不同批次的机制砂波动较大。河砂是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的，其表面有一定光滑性，颗粒浑圆，而机制砂是由机械破碎而成，颗粒形状不规则，
4、其粒形多数为三角形或方矩形，颗粒表面粗糙，多尖锐棱角，针片状颗粒较多。按照公路工程集料试验规程棱角性试验(流动时间法)检测的机制砂通常为3040s之间，而河砂为2025s之间。河砂的含泥量一般都按照规范要求控制在3%以下，而机制砂的石粉及泥土总含量根据不同的生产工艺有较大的区别。其中机制砂含泥量需要用砂当量或亚甲蓝法进行检测，在采用干法除粉和湿法除粉的过程中，生产工艺较差的机制砂的石粉可能被过少或过多的去除。在表1中选取的机制砂为生产工艺较为成熟的产品，其中湿法机制砂筛下含量约为24%之间，干法机制砂筛下含量约为8%，本文选取的机制砂砂当量均大于规范值，亚甲蓝均远远小于要求值，说明筛下含量主要
5、由石粉构成。机制砂矿物成分和化学成分与母材是一致的，没有天然砂那么复杂，较好的母材生产的机制砂有更好的抗压性能，使用寿命也更长。机制砂的细度模数通常为2.6之间，且其细度模数可根据需要调整生产工艺来改变。砂特性对混凝土性能的影响混凝土的性能主要包括工作性和28d抗压强度，其中工作性包括流动性、粘聚性、保水性和易振性，其主要测试方法有:坍落度试验和维勃稠度试验。机制砂因为级配不佳，各粒径的颗粒组成比例差异较大，与最大密度理论曲线有所偏差，且颗粒尖锐棱角多、表面粗糙，对混凝土的工作性易造成坍落度损失大、拌合物泌水、粘聚性较差及泵送混凝土压力大等问题。主要原因是虽然机制砂的表面粗糙和颗粒尖锐对骨料和
6、水泥的粘结是有利的，但骨料间的内摩擦较大，阻止了混凝土的流动。为改善解决上述问题，适中的石粉含量对混凝土的工作性十分重要。试验结果表明，石粉含量较低时，混凝土会出现粘聚性差、泌水的情况，坍落度小，流动性不足，坍落度试验中混凝土锥体自行坍塌。适当提高机制砂中的石粉含量，可使得混凝土变黏，包裹性更好，一定程度上改善了混凝土的泌水性和粘聚性，坍落度也增加明显，但过量石粉会使其的副作用加大，需水量急剧增加，混凝土黏性增加很大，混凝土流动性降低，工作性能降低，通常石粉含量在7%到9%之间时，会有较好的工作性，各方面性能能取得均衡，应用效果较好。机制砂对混凝土力学性能的影响主要取决于机制砂的母岩岩性、机制
7、砂级配、含泥量、石粉含量，机制砂的外观使得砂颗粒之间的咬合比较紧密，在级配较好的情况下，机制砂对混凝土的强度有一定的提升，而石粉可以看作混凝土的微骨料，且具有轻微的活性，可以与水泥发生反应，石粉还可诱导水泥水化产物析晶，加速水泥的水化反应，一般来讲在石粉含量不超过15%的情况下，石粉对混凝土的力学性能基本是向有利方向发展的，超过15%时会对混凝土强度造成不利影响。2机制砂应用实例武深高速新丰至博罗段某路面标水泥混凝土面层原使用河砂进行了配合比设计，其配合比设计数据及实测和易性、28d强度如表2所示。该配合比在使用一段时间后，因河砂市场价格突然飙涨，且难以正常供应，质量也难以保证，为保供应控成本
8、，决定采用机制砂生产混凝土。经考虑供应、成本及质量等因素仔细比选，选定使用表1中的水洗花岗岩机制砂进行配合比设计，试配设计配合比参数情况如表3所示。该配合比与原河砂配合比比较，水泥用量有了较大的提升且水灰比有所下降，这主要是为了保证机制砂混凝土的强度，通过提升水泥浆的用量和提高2%的砂率，来保证混凝土的工作性能不降低。在进行试拌及坍落度试验后，实测坍落度偏大，但混凝土拌合物更大的问题是粘聚性非常差，锥体无需敲击会自动坍塌，有严重的泌水情况，经过分析，该机制砂的石粉含量偏低，虽然水泥浆用量较多使得流动性足够，但机制砂的级配和颗粒特征在石粉含量偏低时，降低了拌合物的黏滞性和保水性能，通过以上思路对
9、配合比重新进行优化调整如表4所示。调整后的配合比在水泥用量不变的情况下降低了用水量，降低水灰比，将砂率又提高了2.2%，通过增加水泥浆体的黏稠度和增加细集料用量来弥补石粉较少的缺陷，该比例的混凝土拌合物实测的坍落度、粘聚性、保水性都为良好，实测的28天抗折和抗压强度较原河砂配合比提高了15%和4%，经过现场路面施工大规模应用，现场混凝土状态良好，施工完成的混凝土路面外观平整、密实、各项指标良好。3机制砂混凝土材料成本分析混凝土的成本主要为材料成本，因此为对比机制砂和河砂混凝土成本差异，仅根据配合比材料用量及单价进行混凝土成本核算，计算结果见表5所示。可见在现行市场价格下，每方水泥混凝土面采用机
10、制砂较采用河砂可节省材料成本52.53元，目前混凝土路面工程量几十万方，经济效益巨大。而机制砂加工技术成熟、母材选取广泛、又可在工程施工过程中利用边坡石方、隧道洞碴加工，充分利用好公路资源、保护环境。4制约机制砂应用的因素及对策目前制约机制砂应用的主要原因是市场上机制砂质量不容乐观，大部分企业生产规模小，生产工艺落后，为节省成本常采用边角废料生产机制砂，造成机制砂质量不稳定，级配波动大，含泥量超标，施工单位难以掌控，忌惮心理排斥使用。为解决这一问题需要行业主管部门加强引导，抓大放小，培养优势企业，淘汰落后产能，提高机制砂的质量。对于高速公路建设而言，由于用量大，为把控质量，可自建机制砂生产线，
11、购进合格粗集料自行生产，则可有效控制机制砂质量，目前武深高速新丰至博罗段所用机制砂均由施工单位自加工，成本低廉，性能优越稳定。主管部门对机制砂的利用持保守态度，个别地区甚至下发红头文件限制甚至禁止使用机制砂，如明确限制了机制砂仅能应用于附属工程，要求现浇、悬浇、斜拉等重要桥梁、预制梁板、隧道、房建等主体结构暂不采用机制砂。由于政策因素制约，导致建设及施工单位应用机制砂政策阻力较大，往往需要多方沟通论证才能在部分工程中少量应用。而目前河砂资源枯竭，机制砂必将逐步替代河砂成为主流。因此，行业主管部门需鼓励机制砂的应用，对建设项目工程质量管控、成本工期控制将起到重大作用。由于机制砂应用不广泛，造成能
12、熟练掌握机制砂生产和机制砂混凝土配比的专业技术人员短缺，也在一定程度上制约了机制砂的应用推广。应加强人才的引进与培养，向先行地区引进熟练人才，同时抓紧研究应用，培养本土人才，一般来说经过两个月左右的试配应用，大部分混凝土试验员基本能掌握机制砂混凝土的配制和生产。同时引进先进机制砂成产设备，以优良的设备克服人员技术和管理不足的问题，经过一段时间的磨合积累，循序渐进的提高。5结语 天然砂资源短缺、价格飙升、质量异动等因素使得机制砂的应用非常必要和紧迫，本文通过分析研究发现在科学合理的混凝土配比确保混凝土性能的前提下，使用机制砂生产混凝土可大幅降低混凝土成本，按目前材料单价，每方混凝土节省材料成本约52.53元，节约幅度约11%，同时其社会效益和环保效益显著。而目前制约机制砂混凝土推广应用发展的主要因素有机制砂质量、政策和专业人才短缺造成的技术缺乏等因素，本文也提出了解决途径。推广机制砂的应用，加强机制砂的科研、提高机制砂产品质量，推广和提高机制砂混凝土的配制和生产应用技术，相信在目前河砂难求及建设工程大力推进的大背景下，机制砂的应用必将越来越广，应用技术必会稳步提高，性能达到或者赶超河砂混凝土。