廣東樂昌市廊北灌區治理工程人工砂的應用

龍永周

文章編號：2095-6835（2016）13-0104-02

摘 要：結合韶關樂昌市水利工程中人工砂的實際使用情況，從人工砂特性、對砂漿及混凝土工作性能和力學性能的影響以及經濟效益等幾個方面對人工砂的使用進行了探討。一個工程的成功經驗對該地區的人工砂的使用和推廣具有積極的意義。

關鍵詞：人工砂；砂漿；混凝土；力學性能

中圖分類號：TU521.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.104

一直以來，河砂是水泥混凝土不可缺少的材料。隨著社會發展，基礎建設、住宅房屋及工程建設的不斷消耗，河砂的用量日益加大，河砂的需求矛盾也逐漸突出。以韶關地區為例，近年來，一方面河砂價格不斷上漲，另一方面河砂的質量不斷下降，主要表現在河砂含泥量加大。此外，過度開采河砂而造成的堤岸崩塌情況時有發生。河砂使用的安全問題、質量問題和成本問題日益加劇。而人工砂的應用正好緩解了這一矛盾。但是，由于對人工砂缺乏足夠的認識，對其工作性能、對強度的影響及對成本的影響心存疑慮。而一個工程、一個地區對人工砂的成功應用對人工砂在該地區的推廣具有重要意義。

1 工程概況

廊北灌區位于樂昌市東北部的廊田河中下游，主要由廊田干渠、東北干渠、官陂干渠3條主干渠引水灌溉，擔負著廊田、長來、北鄉、樂城等鎮的農田灌溉任務，設計總灌溉面積3.08×107 m2。該工程為IV等小（1）型工程，渠道及灌排建筑物等永久性主要建筑物級別為5級。工程檢共有混凝土2.5×104 m2，漿砌石8×104 m2，全部使用高速公路石場生產的人工砂，取得了良好的經濟效益和社會效益。

2 試驗

2.1 原材料

人工砂為湖南高速石場生產的人工砂，由于此前人工砂在樂昌并未大量使用，施工單位就人工砂的使用對我中心進行了咨詢。我中心對此十分重視，成立了專門的課題研究小組。專程對人工砂生產場地的規模、生產工藝流程進行了考察，并現場取樣帶回試驗室，對人工砂和天然砂的力學性能、工作性能進行了一系列的對比試驗。

試驗用水泥為樂昌中建材水泥有限公司生產的粵海牌P.C32.5R水泥，粗骨料為樂昌將軍山石場生產的20～40 mm石灰巖碎石。河砂采自樂昌長來砂場。表1為細骨料砂的檢驗結果，表2為粗骨料碎石的檢驗結果，表3為水泥物理力學性能的試驗結果。

2.2 試驗設計與結果

試驗著重對人工砂和河砂進行了對比。以河砂為參照，采用替代法，對比同樣配比下砂漿混凝土工作性能和力學性能的變化。同時，根據人工砂本身的特性配制適合該工程使用的砂漿及混凝土。表4為對砂漿性能的影響，表5為對混凝土性能的影響。

人工砂是由機械破碎、篩分而成，顆粒形狀粗糙尖銳、多棱角，通常用人工砂配制的混凝土砂率要比河砂混凝土大；人工砂顆粒內部微裂紋多、空隙率大、開口相互貫通的空隙多、比表面積大，加上石粉含量高等特點，因而人工砂配制的砂漿、混凝土用水量大。從試驗中可以看出，同一配比下，使用人工砂配制的砂漿及混凝土流變能明顯下降，但是強度值均有所提高。這是因為人工砂粗糙尖銳、多棱角外形增強了與水泥的黏結。另外，微細石粉的填充效應使得砂漿混凝土結構更加致密，從而使構件強度提高。

3 人工砂質量控制要點

人工砂中小于0.075 mm的細顆粒部分統稱為“人工砂石粉”，主要有2種成分組成，即純石粉和泥粉。與天然砂一樣，人工砂中的泥粉含量同樣對人工砂質量造成重大影響。泥粉的存在削弱了水泥與骨料之間的黏結，從而降低了砂強及混凝土構件強度。在人工砂生產現場，我們專門取回了4種不同石粉含量的人工砂，并進行了對比試驗。表6為人工砂質量檢驗情況。從表6中可以看出，石粉的含量越高，MB值越大。我們詳細分析了該人工砂的

生產工藝流程。該砂場生產工藝采用粗碎、中碎、超細碎、棒磨機4段破碎——粗碎開路生產，中碎和篩分形成閉路循環結合；超細碎和篩分形成閉路循環。封閉流程中各級粒徑可調性好，設備類型的選擇能很好的控制產品質量，級配可按需生產，是人工骨料生產中的典型流程。此流程為立軸破碎機制砂為主，并用棒磨機調整細度模數為輔的典型工藝流程。制砂原料為當地優質石灰巖。一般情況下，在生產工藝流程確定、制砂原料質量穩定的前提下，生產過程中產生的純石粉含量穩定在在5%～6%. 泥粉是石粉總量增加的主要來源。原料中泥塊、泥粉含量的增加直接導致了人工砂成品中石粉總量的增加，從而影響了人工砂的產品質量。從強度試驗中可以看出，隨著石粉的含量增大，MB值上升，強度持續下降。因此，控制原料中泥塊泥粉的含量，從而控制人工砂中石粉含量小于10%，是控制該人工砂場人工砂質量的關鍵。圖1所示為28 d抗壓強度與MB值。

4 應用情況

試驗結果堅定了施工單位在該工程中使用人工砂的信心。由于當時廣樂高速正在施工，樂昌境內優質天然河砂緊缺，價格為120元/m3，而人工砂價格只有70元/m3。全工程用砂約4×104 m3，僅用砂一項，就節約材料成本約200萬元，而且湖南高速石場主要任務是生產高速公路用石，人工砂只是副產品。因此，人工砂的使用既是廢物利用，又保護了環境，具有良好的社會效益。

5 結束語

相對河砂而言，在同一配比的情況下，使用優質人工砂配制的砂漿及混凝土（C20）流變能下降，但是強度值均有所提高。適當增加砂率和用水量，完全可以配制出適合于工程使用的砂漿及混凝土，不但保證了其工作性能和力學性能的要求，而且降低了成本。

在制砂原料穩定、工藝生產流程不變的前提下，人工砂中純石粉含量是穩定的，石粉含量的提高與前期工序中摻入過多的泥塊和泥粉有很大關系。因此，控制原料中泥塊泥粉的含量是控制人工砂質量的關鍵。

〔編輯：劉曉芳〕