人工砂與河砂混凝土抗裂性能定量分析

(建德市永興混凝土有限公司 311603)

引言：人工砂的出現有效的緩解天然河砂的供給不足，然而人工砂替代天然河砂的應用效果需要進一步研究，因而本次研究針對人工砂與河砂混凝土的抗裂性能進行定量研究。

1.人工砂與河砂混凝土應用研究現狀

由于河砂的過度開采，我國部分地區天然河砂資源幾近枯竭，尤其杭州地區的“三江兩岸”治理，當地政府嚴禁開采河砂，因而人工砂成為其最佳替代品涌入建筑市場。隨著人工砂的應用不斷普及，對人工砂與河砂性能的研究不斷增多。其中，曹偉宏（2000）在其研究中指出河砂與人工砂混凝土相比，人工砂的強度明顯高于河砂，倘若采取合適的配比更適于在建筑中的使用。1張映全（1995）在研究中指出人工砂與特細河砂共同應用于混凝土，可以有效提升混凝土的耐久性與更強的力學效果。2王立華（2013）在其研究中針對人工砂與河砂混凝土性能進行研究，指出人工砂所需的用水量高，因此人工砂早期的抗裂性較低；而由于人工砂具有較強的力學性能，且膨脹度低，因此在長期硬化后其性能優于河砂，更適于大型建筑工程項目。3陳建新（2013）針對人工砂在混凝土建筑中的應用效果進行研究，深入分析人工砂對混凝土的工作性能、泵送性能及抗壓強度的影響及經濟效益分析，通過研究得出：人工砂與河砂相比無論是泵送性還是工作性都俱佳。陳周與（2014）分別針對人工砂、混合砂以及河砂混凝土的抗壓度、滲透性以及抗裂性進行對比

分析，通過對比分析得出人工砂的用水量明顯較高，需要提升減水劑的用量，如果石粉使用量得當，則人工砂混凝土的抗壓性與抗裂性更強。

2.實證分析

2.1 研究目的

將人工砂與河砂混凝土的相關研究進行匯總，發現人工砂與河砂相比其表面更為粗糙，石粉顆粒較小，因而其用水量顯著高于河砂，用水量大必然加大混凝土開裂風險。然而在人工砂的實際應用中，由于人工砂混凝土的強度更高，因而也可以在一定程度上降低混凝土開裂風險。這是由于相關研究尚未統一，因而本次針對人工砂與河砂混凝土的抗裂性能進行定量研究。

2.2 研究設計

針對人工砂與河砂混凝土抗裂性研究，由本公司的預拌混凝土試驗室進行實驗，實驗配比為：

表1 研究樣本配比說明

在本次實驗中除去減水劑的使用量，以及人工砂與河砂使用存在差異以外其他均一致。具體材料：

水泥使用規格：建德杉翔P.042.5水泥，28d強度：49.5MPa；礦粉規格：建德巖峰S95級，28d活性97%；粉煤灰：蘭溪電廠F類Ⅱ級；碎石規格：5～31.5mm連續級配碎石；河砂規格：中砂Ⅱ區，細度模數2.8，含泥量1.9%，無泥塊；人工砂規格（1）：砂巖為母巖，中砂Ⅱ區，細度模數3.0，石粉含量6.9%，無泥塊。人工砂規格（2）：砂巖為母巖，中砂Ⅱ區，細度模數3.0，石粉含量14.6%，MB：

1.3 無泥塊。外加劑為脂肪族高效減水劑。

表2 研究樣本規格說明

使用混凝土早期塑性收縮測試儀將三組樣本分別制作 800mm*600mm*100mm的測試模板，并依據我國工程學混凝土設計標準《混凝土結構耐久性設計與施工指南》對三組樣本進行抗裂性檢測。

2.3 結果與討論

通過針對強度等級C30的三組樣本的混凝土的抗裂性進行對比：其中C30人工砂1，石粉含量在10%以內，其裂縫的平均開裂面積、單位面積開裂數量與開裂面積，均小于其他模塊，繼而說明10%以內人工砂抗裂性能最佳。

表3 C30河砂、C30人工砂（1）、C30人工砂（2）抗裂性分析

編號 裂縫的平均開裂面積單位面積的開裂數量 開裂面積總和 最早開裂時間C30河砂 14.39 34.21 478.32 14:26/14：27 C30人工砂1 10.51 9.85 109.21 14:35/14:38 C30人工砂2 26.72 12.5 973.55 14:29/14：32

通過實驗研究C30河砂、C30人工砂（1）、C30人工砂（2）三組樣本的最早開裂時間差異較小，并無顯著差別，而裂縫的平均開裂面積、單位面積的開裂數量、開裂面積總和存在顯著差異，其中石粉含量低的C30人工砂（1）抗裂性表現最佳，而石粉含量高的C30人工砂（2）其抗裂性表現最差。其主要原因是由于人工砂的顆粒表面粗糙且新鮮，因而與混凝土漿體的機械咬合與粘合力俱佳，所以人工砂比河砂的強度表現更好，倘若人工砂中石粉的含量過高，就會導致外加劑被過量的石粉吸附，導致混凝土的拌和用水大量增加，繼而對其抗裂性能造成極大影響，這也成為導致人工砂混凝土開裂顯著的關鍵因素。

針對人工砂混凝土使用的建筑工程項目進行隨機調研，發現大多數人工砂中石粉含量較高的工程，倘若不對其進行及時養護，將會導致混凝土結構出現早期開裂，而降低人工砂中的石粉含量則會有效改善混凝土開裂的現象。

3.結語

建筑工程中混凝土用砂量暴增，導致砂的供給嚴重不足，同時由于部分地區過度開采，導致河砂資源的枯竭，且質量不斷下滑，因而人工砂成為河砂的最佳替代品，有效填補河砂供給量的不足。因而本次研究針對河砂與人工砂的抗裂性能進行研究。通過本次研究發現人工砂的顆粒表面粗糙且新鮮，因而與混凝土漿體的機械咬合與粘合力俱佳，所以人工砂比河砂的強度表現更好，倘若人工砂中石粉的含量過高，就會導致外加劑被石粉吸附，造成混凝土的拌和用水量增加，加快混凝土的坍落度損失，繼而對其抗裂性能造成極大影響，使其表現低于河砂的抗裂性能。因而可以采取以下措施：

1.人工砂混凝土由于其初期的水分流失速度較快，因而其變形風險更大，極易產生微裂縫，所以對人工砂混凝土的配比設計應該首選抗裂性能表現極佳且收縮小的人工砂混凝土配比，其中石粉含量成為關鍵因素，在本次研究中石粉含量過大則會影響人工砂混凝土的抗裂性，因而將人工砂的石粉含量控制在 10%以內，不但可以確保無顯著的收縮，且抗裂性表現最佳，而含量在 16%以上，其收縮值顯著增大。因而人工砂的石粉含量應該控制在10%以內。

2.通常外加劑與水泥混凝土體系存在適應性問題，其中外加劑與膠凝材料、人工砂中石粉和含泥量的適應性問題最為突出。 外加劑適應性不太好時， 人工砂混凝土的工作性能和坍落度損失都很難控制， 因此使用人工砂時要選用適應性好的外加劑。

[1]曹偉宏，蘇慶國，游漢柱.遠距離高泵程機制砂混凝土泵送施工技術[J].鐵道標準設計，2000,20.

[2]張映全.在混凝土中摻石屑提高抗滲抗凍性能的力法[J].建筑技術，1995.10

[3]王立華.人工砂高性能混凝土研究[J].混凝土.2013.11