機制砂配制水泥混凝土的效益分析

【摘要】采用機制砂部分替代天然砂配制水泥混凝土，經試驗驗證及理論計算，確定水泥混凝土中合適的機制砂的摻配比例，結合試驗路段工程應用，對機制砂配制水泥混凝土進行效益分析。

【關鍵詞】機制砂；混凝土；效益；分析

1. 研究的背景及意義

砂作為細集料是水泥混凝土的主要組分之一，在水泥混凝土工程中不可缺少，其品質對混凝土拌合物的工作性能、物理力學性能和耐久性均具有重要影響，結構部位越重要對其質量的要求越高。目前，水泥混凝土用砂分為天然砂和人工砂兩類。

1.1傳統的水泥混凝土細集料一般采用天然砂，由于天然砂的開采對環境破壞越來越嚴重，國務院和各地政府相繼出臺了禁采或限采天然砂的規定，這使得工程用砂供需矛盾突出，導致天然砂價格越來越高，并且天然砂品質良莠不齊，質量很難保證，以致形成惡性循環，極大地制約了工程建設持續發展。

1.2機制砂屬于人工砂，其作為近年來出現的水泥混凝土細集料之一，有著顆粒規整、形狀粗糙尖銳、片狀顆粒少、表面紋理豐富、粉塵含量低等優良物理特性，其級配可控，水泥混凝土性能改善明顯，且使用機制砂符合環境保護政策。

1.3皖北地區天然砂資源十分匾乏，宿州市使用天然砂一般從江蘇宿遷、山東滕州采購，運距較遠，昂貴的運費勢必大大增加工程造價。同時，宿州市擁有儲量豐富的優質石灰巖和成熟的石料加工企業，有著穩定的生產料源、日趨完善的加工設備及工藝，使機制砂的產量及質量能夠得到有效保證。因此，開發質量好、供應穩定的新型細集料，以保證水泥混凝土材料設計和施工質量，具有十分重要的意義。

2. 試驗研究的方法及結論

開展機制砂替代天然砂的室內試驗研究，通過現場試驗驗證、試驗路段以及理論計算，綜合考慮水灰比、機制砂摻量、集料等因素，設計正交試驗，得到機制砂摻量、水灰比與強度、施工性能的關系，獲得最佳機制砂摻量與混凝土最優配合比。

2.1用正交試驗法設計混凝土配合比。

水泥混凝土的配合比設計按照《公路工程水泥混凝土路面施工規范》（JTGE30-2005）中的配合比設計方法的規定進行試驗。配合比設計的目的是獲得強度和施工和易性等符合要求的水泥混凝土，因此，正交試驗的考核指標選用坍落度和28天強度。

2.2試驗的初步結果。

以設計強度為f5.0的配合比為例，采用機制砂配制混凝土配合比設計試驗結果如表1～表3：

2.3結果分析及結論。

本次試驗配制的混凝土，表面密實光滑無裂縫，孔洞少。從28天抗彎拉強度結果匯總可以看出：隨著機制砂的摻量的增加，強度上升，在摻量超過50%～60%，強度有所下降。機制砂摻量在10%～80%的范圍內，28天抗彎拉強度達到設計強度要求，但是機制砂摻量超過90%時，強度未達到設計強度。機制砂的摻量對強度影響很大，試驗確定機制砂替代天然砂的最佳摻量為60%。

3. 研究的應用情況

3.1在道路工程中的應用。

（1）課題組選取省道303泗永路泗縣改線段工程實施機制砂配制水泥混凝土的實驗研究，該工程路線全長2.2公里，二級公路標準，設計行車速度60公里/小時，路基寬18米，路面寬15米，水泥混凝土路面。

（2）在該工程中，采用機制砂摻量為0%、60%、80%、100%四種配合比進行試驗段施工。試驗配制的混凝土，表面密實光滑無裂縫，孔洞少。在機制砂的摻量在10%～80%的范圍內，強度滿足設計要求。從工程質量的后期效果來看，混凝土的各種性能指標均符合規范要求，路用效果良好（試驗路段混凝土配合比見表4）。

3.2在商品混凝土中的應用。

宿州市巨一混凝土有限公司是宿州市專業商品混凝土生產企業，擁有年產C60以下商品混凝土100萬m3的生產能力。2008年以來，該公司在《機制砂配制水泥混凝土的試驗研究》課題組的指導下，采用機制砂部分替代天然砂配制商品混凝土，從生產過程加強控制，在原材料的選用，技術與管理各個環節確保混凝土的產品質量。配制出的機制砂混凝土表面密實光滑無裂縫，孔洞少，強度滿足設計要求，工作性影響不大。生產的機制砂水泥混凝土廣泛應用在橋梁、構造物及建筑工程。通過后期跟蹤監測，工程質量優良，該項技術已在其他商品混凝土公司中得到推廣和應用。

4. 效益分析

4.1經濟效益。

（1）由于各個地區的材料價格不同，成本各異，我們以省道303泗永路泗縣改線段工程配制的機制砂水泥混凝土和宿州市巨一混凝土有限公司生產的機制砂商品混凝土為例，進行核算，對機制砂水泥混凝土和普通水泥混凝土進行成本分析（見表5）。

（2）通過計算分析，在機制砂最佳摻量為60%，測算出采用機制砂配制水泥混凝土的直接成本較全部采用天然砂降低9%，其經濟效益較為明顯，若機制砂生產形成產業鏈，則其價格還會進一步下降，經濟效益將更為可觀。

4.2社會效益。

（1）天然砂作為地方性有限資源，分布極不均衡，多數地區儲量已逐漸減少、短缺或枯竭，有的地區更是十分匱乏，昂貴的運費也大大增加工程造價。開發新的水泥混凝土細集料資源——機制砂，保證滿足國家新時期建設的需要，是擺在我們面前的一個嚴峻問題。

（2）利用本地區儲量豐富的優質石灰巖和成熟的石料加工企業，開發生產機制砂作為新型細集料配制水泥混凝土，一是可以節約大量的外運天然砂運力，支持地方運輸產業的可持續發展；二是可以完善地區產業結構，提供穩定的水泥混凝土細集料建材來源；三是新增了產業結構，且勞動力以當地為主，可以直接安排一定數量的社會人員就業。

4.3環保效益。

（1）資源具有不可再生性，國家對資源的保護和利用十分重視，對資源總的要求是在保護中開發，在開發中保護，開發和節約并舉，努力提高資源利用率，推進資源利用的可持續發展。

（2）天然砂的過量開采，對環境的破壞越來越嚴重，尤其是江砂、河砂的開采，已嚴重危及江河的使用安全，極易造成生態災難。因此，尋求新砂源，開發人工砂已勢在必行，利用當地的巖石資源或工程廢石生產機制砂，已成為必不可少的替代資源。開發推廣使用機制砂，可以減少天然砂開采，節約土地、穩定河流，有利環保。