關于市政工程混凝土施工中的人工砂技術應用經驗

【摘 要】隨著我國基礎建設的發展以及對環境保護的日漸重視，現有的天然砂已經不能滿足工程建設的需要，近年來興起的人工砂作為建筑材料之一，已普遍應用于混凝土施工中。作者結合市政工程特點，根據實例總結人工砂用于市政工程混凝土施工中的一些經驗，以期該技術可以得到適當的應用和推廣。

【關鍵詞】市政工程；混凝土施工；人工砂技術；應用經驗

1.關于人工砂

根據國標規定，凡經除土處理的機制砂、混合砂都統稱為人工砂。機制砂指的是由機械破碎、篩分制碭，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，但不包括軟質巖，風化巖石的顆粒；混合砂指的是由機制砂和天然砂混合制成的砂。這里，混合物砂沒有規定混合比例，只要求能滿足混凝土各項性能的需要。但必須指出，一旦使用混合砂，無論天然砂的比例占多大，都應當執行人工砂的技術要求和檢驗方法。

1.1 人工砂的基本特點

人工砂配置出混凝土的特點是：坍落度減小，混凝土28d標準強度提高；如保持坍落度不變，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，混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規律進行混凝土配比設計，人工砂的需水量大，和易性稍差，易產生泌水，特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現明顯；而如果根據人工砂的特點進行混凝土配比設計，通過合理利用人工砂中的石粉、調整人工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設計規程的配比設計方法完全適用于人工砂。最適合配制混凝土的人工砂細度模數為2.6-3.0，級配為2區。人工砂在配制填加外加劑的混凝土時，對外加劑的反應比天然砂敏感。人工砂配制的高強度泵送混凝土在泵送過程中不易堵泵。正確使用人工砂的混凝土密實度大、抗滲、抗凍性能好，其它物理力學性能和長期耐久性均能達到設計使用要求。人工砂特別適于配制高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。

1.2人工砂的研究和應用現狀

在理論研究和規范出臺的基礎上，人工砂在我國已經有廣泛的應用，并取得成功經驗，如在株六復南山河特大橋上64米鐵路簡支箱梁，設計為C55高性能混凝土，全部采用了人工砂混凝土；我國最大的三峽工程、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400m；配制出跨度達64m的預應力混凝土梁。在試驗室設計強度C100的混凝土90天實際強度達到155Mpa。人工砂可以廣泛應用在混凝土、砂漿和制品中。據來自中國砂石協會的信息表明，近年來我國砂石業整體保持穩定發展勢頭，天然砂石的開采、使用得到控制，人工（或機制）砂石逐步進入市場。人工砂應用市場的擴大也表明我國砂石業整體水平在提高。

2.人工砂的特性以及對混凝土影響

首先，人工砂中有較高含量的石粉。因為人工砂是由人工破碎碎石來制得的，其生產工藝必然導致人工砂在生產過程中產生一定量的小于80μm的細小顆粒，其礦物組成和化學成分與被加工母巖相同含量。適量的石粉含量能夠起到填充料和潤滑劑的作用，對提高混凝土和易性、泵送性以及強度、耐久性指標均有利處。但是，也要注意過高的石粉含量將會對混凝土帶來一些不利影響。

其次，人工砂多棱角。由于人工砂是由碎石通過機械破碎而成，導致人工砂有形狀不規則的棱角狀，表面會比較的粗糙。由此導致人工砂混凝土工作性能較差，容易產生離析現象。但是，正是由于人工砂的多棱角形狀，而加大了骨料顆粒間的咬合作用而對提高混凝土強度等力學性能有一些貢獻。

最后，人工砂細度模數偏高。一般而言適合于混凝土使用的細骨料細度模數在2.3～3.0，而人工砂細度模數在3.5左右，如果人工砂單獨使用于混凝土，使混凝土中細顆粒在骨料中比例降低，破壞了混凝土骨料級配，導致混凝土工作性變差。

3.人工砂的在市政工程的應用簡析

3.1 工程基本情況

某橋位于該市中心城區中環線和外環線之間，靠近中環線。連接海河以西水上運動世界和海河以東的第二工人文化宮地區。

3.2工程實際應用簡介

該工程的混合砂混凝土使用部位：C30橋梁墩柱，人工砂石粉摻量達到了13.5%。由于該橋梁工程是本市的重點工程，是城市的一條亮麗的風景線，業主及施工單位對施工質量要求相當嚴格，特別對橋梁墩柱部位外觀方面有著極高的要求。施工方考慮為了保證墩柱外觀光滑色澤而且均勻，根據以往市政橋梁的施工經驗采取相同的人工砂混凝土配合比，拆模后混凝土表面十分的光滑，沒有砂線和孔洞，最厚達到了非常好的效果。

混凝土強度情況見表1：

3.3 C25混凝土的工程應用

對于C25強度等級混凝土而言，其在市政工程中主要用樁和承臺的地下部位，對混凝土的外觀沒有太多的要求，2008年，某省的大街立交工程、西青道立交、三條石橋、地鐵地下連續墻等工程廣泛采用了人工砂砂混凝土。并且混凝土得和易性、坍落度等塑性指標都一致得到施工單位的認可，而且強度結果與同期天然砂混凝土比較有6%的提高，人工砂混凝土實際生產統計和同期普通混凝土統計情況見表2所示：

3.4 工程應用經驗總結

根據作者所在地區，得知該地區的人工砂質量不是很穩定，主要因為該市人工砂廠家沒有統一的管理和控制，人工砂質量控制主要轉嫁到使用者。因此，作者建議有關人工砂使用單位嚴格材料進場制度。

一些在建或已建工程表明，人工砂應用于混凝土施工中，對混凝土強度有較大的提高，在大量統計數據基礎上，混凝土生產企業可以考慮調整混凝土的配合比，從而達到降低成本目的。并且人工砂混凝土工程應用在后期跟蹤中并未發現有開裂等質量問題。根據作者的一線施工經驗，認為只要施工人員在實際應用中嚴格控制人工砂的質量，人工砂是可以在市政結構工程中得到普遍的應用并且會收到很好的工程效果。

結論

基于市政工程混凝土施工中人工砂的一些應用得知人工砂石配制高性能混凝土取決于科學的配合比設計、優質的砂石骨料、高效減水劑及其它優質膠凝材料。人工砂混凝土實驗結果表明優質人工砂可完全替代天然砂來生產優質的高性能混凝土。混凝土生產企業在實際應用人工砂時，應加強進廠檢驗工作，對不同質量的人工砂要分區存放，并參照本研究結論制定人工砂使用指導書，對各個等級混凝土使用其相對應要求的人工砂，以確保混凝土質量。

雖然人工砂替代天然砂生產高性能混凝土在技術上已經非常成熟，但是如何進行全面推廣是今后面臨的更加艱巨的任務。

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