南黃地區河砂作為混凝土骨料的適宜性分析

汪子杰，張德明，徐曉慧，徐偉祥

(1.山東省第四地質礦產勘查院，山東 濰坊 261021；2.山東省地礦局海岸帶地質環境保護重點實驗室，山東 濰坊 261021)

混凝土細骨料是指粒徑在0.15～4.75mm之間的巖石顆粒，目前細骨料主要采用天然砂和人工砂[1]。隨著日益增長的建筑市場需求，天然骨料供需不平衡的現象越來越嚴重[2]。本文通過對山東乳山市西部南黃一帶黃壘河河砂的調查、采樣及試驗測試、分析等，對該地區天然河砂進行了質量分析，并對其用于混凝土天然細骨料的可行性進行了評價。

1 地質特征

乳山市境內黃壘河北起牟平水道，南至黃海，流經巫山、下初、馮家、南黃等地，由多個支流組成，總長約75km，寬100～240m不等。河砂沿現代河流帶狀分布，可采厚度1.5～4m，上游河砂薄而粒度偏粗，下游河砂厚而粒度相對變細，河床中心偏粗，而兩側偏細。

南黃一帶的黃壘河為現代河床，雨季有少量流水，無樹木莊稼等覆蓋，開采條件相對較好。該處河道寬約120m，長約2km，平均可采厚度約3.0m。砂為長石石英砂，現正在小規模開采。

1.1 地層

地層主要為第四紀臨沂組和沂河組。臨沂組主要分布于河流兩側沖積平原上，厚度一般小于10m，為一套灰黃色粉砂質粘土、含細砂粘土質粉砂、粗粒砂，為河流沖積相沉積。沂河組分布于河床中，為現代河床、低河漫灘相沉積，厚度3～6m，巖性主要為灰黃色砂礫層、混粒砂、土黃色粘土質細砂、粘土質粉砂。

河砂主要賦存于第四系沂河組中，河砂成因為河流沉積成因，形成時代為新生代。

1.2 巖漿巖

黃壘河兩岸基巖主要分布有新元古代榮成序列邱家單元細粒二長花崗質片麻巖、中生代玲瓏序列北黃單元細粒二長花崗巖、九曲單元弱片麻狀細中粒含石榴二長花崗巖、郭家店單元中粗粒二長花崗巖[3](圖1)，巖性以二長花崗巖為主，野外觀察特征呈灰白色—肉紅色，巖石結構呈細粒花崗結構，具塊狀構造，礦物粒徑以1～2mm為主。這些巖石為河砂提供了豐富的物質來源。

圖1 南黃地區區域地質簡圖

2 巖石學特征

2.1 礦物成分

河砂由巖屑35%～40%，石英25%～30%，長石30%～35%、少量簾石(3%～5%)、黑云母(2%～3%)、角閃石(1%～2%)、輝石(0.5%～1%)組成。

巖屑主要由花崗巖75%、花崗斑巖25%組成。花崗巖呈次圓狀，由長石60%、石英30%及少量黑云母、角閃石5%～10%組成[4]，有不同程度的風化、鐵染，其中石英顆粒約20%具波狀消光(圖2a)。花崗斑巖，具斑狀結構，由斑晶25%～30%和基質70%～75%組成，斑晶主要是鉀長石，基質由微粒長石70%和石英30%組成，局部細粒長石和石英形成顯微文象結構，石英呈尖棱形、象形文字等形狀，鑲嵌在鉀長石中，部分石英為微晶狀，粒徑0.02～0.07mm(圖2b)。石英：次棱角—次圓狀，消光正常，該類砂不具堿硅活性。長石多為鉀長石和少量斜長石，大部分顆粒有泥化、絹云母化和鐵染。

圖2 河砂(a)及暗色礦物(b)鏡下顯微特征(+)×35

2.2 化學成分

經室內化學分析，河砂的化學成分主要為：SiO274.10%、Al2O313.30%、Fe2O31.71%、MgO 0.83%、CaO 1.19%、SO30.01%。

3 砂的質量要求試驗

3.1 樣品測試項目

共采集河砂樣品2件，檢測指標主要有物理性能、篩分析試驗、堿活性等[5]。各項測試方法均嚴格按照JGJ52—2006《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》進行[6]。

3.2 試驗結果

3.2.1 物理性能

檢測指標：含泥量、泥塊含量、SO3含量、氯離子含量、顆粒級配、細度模數、表觀密度、緊密密度、云母含量、輕物質含量、有機物含量等(表1)[7]。乳山南黃地區黃壘河河砂相對密度2.61×103kg/m3，容重1 430～1 540kg/m3(松散—緊密)，空隙率41.1%～45.5%(緊密—松散)，泥污含量0.77%，吸水率1.19%，礫石(＞1cm)含量0.95%，有機質含量甚微，顏色淺于標準色[8-9]。河砂堅固性為0.5%，壓碎值為12%[10]。

表1 物理性能檢測結果

3.2.2 篩分析試驗

河砂細度模數為2.28，顆粒級配區屬為Ⅱ區(表2)，為良好級配區[11]。

表2 篩分析檢測結果

3.2.3 堿硅活性試驗

巖相法測試結果表明，河砂中的巖屑砂(35%～40%)，主要為花崗巖和花崗斑巖[12]，其中花崗巖中約含有30%的石英礦物，具潛在堿硅活性[13]；花崗斑巖中基質約占70%，基質中石英具潛在堿硅活性[14]。因此綜合判定該河砂具潛在堿硅活性。

為進一步查明河砂的堿硅活性，利用了快速法進行堿活性測試[15]。測試結果表明：乳山南黃地區黃壘河河砂經14d的綜合膨脹率為0.074%(＜0.01%)，判定其不具堿硅活性，為非堿硅活性集料[16]。

4 工業利用性能評價

從各項試驗測試結果可以看出，乳山南黃地區黃壘河河砂質量較好，顆粒級配區域為Ⅱ區[17]，細度模數為中砂，各項指標均顯示其較適宜于配制混凝土[18]。現將該區河砂測試結果與JGJ52-2006中規定的各項含量指標對比如下(表3)。

表3 河砂檢測結果與JGJ52-2006規定指標值對照表

乳山南黃地區黃壘河河砂的形成時代為第四紀全新統，為河流沖積成因，其出露良好，層位產出穩定，巖性單一，均以中砂為主，基本不含雜質。河砂沿河床兩側分布，延伸較廣。開采條件較好，河砂堆積處現為荒灘，無樹木莊稼等覆蓋，無基本農田，有少量的灌木，開采條件簡單。

該地區現存在一處小型采砂場，位于黃壘河的西側，主要開采原始河砂，經簡單水洗后出售。河砂經簡單加工后可直接制成不同粒級的天然砂，加工技術條件簡單。

5 結論和建議

5.1 結論

通過本次調查及試驗測試分析，認為乳山南黃地區黃壘河河砂質量較好，所測各項指標完全可以滿足C60混凝土的技術要求，可用于制備混凝土天然細骨料[19]，且該地區河砂儲量規模較大，開采條件及加工技術條件簡單，較適宜于露天開采，下一步可進行合理規劃利用，服務于當地經濟社會發展。

5.2 建議

乳山南黃地區黃壘河河砂質量較好，較適宜于制作C60以上混凝土細骨料，為促進當地經濟社會發展，應進一步進行地質勘查工作，核實河砂儲量規模。

河砂為可再生資源，通常由巖石經過風化、流水沖刷、搬運等方式形成，但是其再生速度非常慢，因此不能盲目開采，大規模開采易造成水土流失[20]。同時，應注重綠色開采，合理利用河砂，加強生態環境保護，堅持綠水青山就是金山銀山的發展理念。