新型建设用砂--人工砂

国家标准GB/T14684/2001《建筑用砂》已于2002年2月1日起实施。新标准的实施对保证在“十五”期间满足我国建设所需用砂的数量和质量、充分利用资源、保护环境,以及规范建筑砂石市场将起到积极作用。 

    新国标是在GB/T14684?1993基础上修订的,修订首要的内容就是增加了人工砂为建设用砂之一,确定了人工砂的定义、技术要求、检验方法。今后,人工砂将作为建设用砂的重要来源跻身于建材市常在我国,除了少数地区和部门对人工砂有所了解外,大多数地区和行业对人工砂还很陌生。为使对人工砂有比较深入的了解和正确生产、使用好人工砂,笔者谈一些体会。 

    首先,人工砂进入建筑市场是建设市场形势发展的需要。随着改革开放的深入发展,砂石业同其它建材行业一样发展很快。我国砂石年产量由改革前6亿多吨增加到15亿吨,其中,砂约6亿吨。目前我国大多数地区应用的砂是天然砂,天然砂资源是一种地方资源,是短时内不可再生和长距离运输的,随着基本建设的日益发展,在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、甚至无天然砂的情况,混凝土用砂供需矛盾尤为突出,而砂的价格越来越高,在有些地区高达110元/吨,用砂高峰时还无砂可用,影响了工程建设的进展。 

    随着混凝土技术的迅速发展,现代混凝土对砂的技术要求则越来越高,特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严,能满足其要求的天然砂数量越来越少,甚至没有。 

    其次是环境保护的需要。由于砂资源短缺,价格上涨,在经济利益的驱使下,在我国很多地区都出现了滥采乱挖天然砂的情况,特别在前几年,毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比比皆是,不但破坏了有限的耕地、防洪堤坝,并由此引发了不少工程事故。另外,由于天然砂的无序生产,在生产、储存和运输过程中还造成对空气和环境的污染,国务院和各地人民政府不得不相继出台了禁采或限采天然砂的规定。 

    我国有大量的金属矿和非金属矿,在采矿和加工过程中伴随产生约20%的尾矿,有相当尾矿没有合理利用,已约有上百亿吨的尾矿堆积,占用大量用地,造成环境污染。如果经过适当分选与加工,不少尾矿就可以制成人工砂,既解决了环境污染问题,又提高了资源利用率,形成综合效益。 

    三是发展的条件已经成熟从20世纪60年代起,因为一些建设工程的环境条件所限,我国水电、建筑部门就开始用当地石材进行机制砂的生产工艺、技术性能、应用于混凝土和砂浆的研究,并开始在工程上使用。从70年代起,贵州省已在建筑上大规模使用机制山砂,并制定了地方标准。以后,云南、河南也相继出台了人工砂地方标准或使用规程。90年代以来,北京、天津、上海、重庆、广东、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生产线,并进行人工砂的使用研究。几十年大量的工程实践,证明了使用人工砂在经济上是合理的,技术上是成熟的。国外,美、英、日等工业发达国家使用人工砂也有几十年的历史,将人工砂纳入其国家标准的时间至少30年以上。 

    目前,国内工艺成熟的人工砂生产线已有多条,生产人工砂的设备与技术完全具备,国内外有不同的品牌、型号的制砂设备可供选择。因此,发展人工砂势在必行。 

    根据国标规定,凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。 

    机制砂的自身主要特点是:目前基本为中粗砂、可调,含有一定量的石粉,除150微米的筛余有所增加外,其余筛余均能满足标准天然砂1区、2区要求,粒型多呈三角体或方矩体,表面粗糙,棱角尖锐。但由于全国各地机制砂的生产矿源的不同、生产加工机制砂的设备和工艺不同,生产出机制砂粒型和级配可能会有很大的区别,但机制砂的粒型和级配都是可以调整和改进的,在这一点上,人工砂于天然砂有着本质的区别。 

    由人工砂本身的特点所决定,与条件相同天然砂相比,在配比设计、其它材料、成型养护条件都相同的情况下,用人工砂配置出混凝土的特点是:塌落度减小,混凝土28天标准强度提高;如保持塌落度不变,则需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比变大后,一般情况下,混凝土实测强度并不降低。按天然砂的规律乾地混凝土配比设计,人工砂的需水量大,和易性稍差,易产生泌水,特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显;而如果根据人工砂的特点进行混凝土配比设计,通过合理利用人工砂中的石粉、调整人工砂的砂率,是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比设计规程的配比设计方法完全适用于人工砂。正确使用人工砂的混凝土密实度大、抗渗、抗浆性能好,其它物理力学性能和长期耐久性均能达到设计使用要求。人工砂特别适合于配制高强度等级混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。 

    目前,我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程实践中,人工砂配制出了从C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土,泵送最大高度达400米;配制出跨度达64米的预应力混凝土梁。在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155兆帕。人工砂可以广泛应用在混凝土、砂浆和制品中。 

    在使用和生产人工砂过程,如何认识和利用石粉显得十分重要。 

    这里所称的石粉,不是一般碎石生产企业所称的“石粉”、“石沫”(那是生产碎石的尾矿,一般为粒径小于5毫米的混合物,实际是人工砂的级配范畴)。标准石粉的定义是:加工前经除土处理,加工后形成粒径小于75微米,其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的物质。虽同是小于75微米的颗粒,但石粉与天然砂中的泥成分不同、粒径分布不同,在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥对混凝土是有害的,必须严格控制其含量。而人工砂中适量的石粉对混凝土是有益的,有适量石粉的存在,弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同时,它的掺入对完善混凝土特细骨料的级配(在这一点上,天然砂由于其生产工艺的限制,其特细级配部分是不完善的),提高混凝土密实性都有益处,进而起到提高混凝土综合性能的作用。 

    为防止人工砂的开采、加工过程中因各种因素掺入过量的泥土,而这又是目测和传统含泥量试验所不能区分的,新标准特别规定了测人工砂石粉含量必须先进行亚甲蓝MB值的检验或快速检验,这样就避免了因人工砂石粉中泥土含量过高而给混凝土带来的负作用。 

    在新国标实施以前,不少人工砂生产企业常用水洗的办法控制人工砂中石粉的含量,结果既浪费了资源,又形成了新的污染。新国标实施后,对人工砂中的石粉有了明确的要求和试验方法,因此,在人工砂的生产过程中宜把除土处理放在原料加工前进行,加工后尽量保留和利用人工砂的石粉,除了分级利用石粉外,还可以用一定的装置将石粉收集起来用在其它方面,提高产品附加值。 

    我国幅员辽阔,全国各地的人工砂因矿产原料、加工工艺、加工设备等不同,其颗粒形状、粒级分布、石粉含量等会有不小的差别,但只要人工砂的质量完全达到国标的技术要求,无论人工砂的矿产原料、加工工艺、加工设备如何,就可以使用。相反,人工砂的质量达不到新国标的技术要求,再好的矿产原料、加工工艺、加工设备生产的人工砂也不能应用。使用者应要求人工砂生产企业改进质量,人工砂生产者也完全可以改进并达到新国标的质量要求,这就是人工砂比天然砂有质量保证的一个优势。全国天然砂的质量区别不大,使用者一般都有经验,而人工砂质量区别较大,使用者缺乏经验,只要严格按新标准各项规定进行检验,使用人工砂是完全可以保证工程质量的。 

    目前,砂质量的控制全靠使用单位进场后的试验,建筑用砂的质量责任几乎全落在了使用者的身上,这种控制实际上非常被动和无奈,由此导致了一些工程事故的发生。究其原因,主要是天然砂生产方式和生产者的素质所决定。而人工砂的生产则与天然砂有了根本的区别,人工砂生产无论规模大小,总要在固定的生产场地、生产工艺和设备,其产品的质量是完全可以控制和稳定的,因此,提高人工砂生产者的素质、提高对人工砂生产企业的要求是必要和可能实现的。虽然目前大多数建筑用砂生产厂家从来没有提供过砂产品合格证,但新国标还是明确提出了要生产企业提供产品合格证这一要求。尤其是人工砂的生产和使用者都应坚持执行新标准中的这一规定,使建筑用砂质量得到有效的保障和提高,工程质量也就进一步得到保证和落实。