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機制砂能夠代替天然砂嗎？
2022-10-15 09:51
混凝土是目前使用廣泛的建筑結(jié)構(gòu)材料，砂作為混凝土的主要原材料之一，分為天然砂和機制砂兩大類。受自然資源的限制，以河砂為主的天然砂已無法滿足日益增長的混凝土用量需求，而且，天然砂的過度開采，對自然環(huán)境也造成了巨大壓力，使用機制砂代替天然砂成為混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的一大趨勢。國外工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)對機制砂的應(yīng)用研究較早，在我國，尤其西南等天然砂資源匱乏地區(qū)，機制砂也已經(jīng)得到了一定程度的推廣使用。
根據(jù)GB/T 14684-2001規(guī)定，經(jīng)除土處理、機械破碎、篩分制砂，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒稱為機制砂，但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒。
機制砂目前基本為中粗砂，細度模數(shù)在2.6~3.6顆粒級配穩(wěn)定、可調(diào)，含有一定量的石粉，除150μm的篩余有所增加外，其余篩余多呈三角體或方矩體顆粒分布，表面粗糙，棱角尖銳。但由于各地機制砂的生產(chǎn)礦源、加工設(shè)備和工藝不同，生產(chǎn)出的機制砂粒型和級配會有很大區(qū)別。比如，有些機制砂片狀顆粒較多，有些機制砂的顆粒級配為兩頭大中間小，但只要能滿足國標(biāo)中對機制砂的全部技術(shù)指標(biāo)，就可在混凝土和砂漿中使用。
由機制砂本身的特點所決定，與級配和細度模數(shù)相同的天然砂相比，在配比設(shè)計、其它材料成型養(yǎng)護條件都相同的情況下，用機制砂配制出混凝土的特點是：坍落度減小，28d標(biāo)準(zhǔn)強度提高；如保持坍落度不變，則需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比變大后，一般情況下，混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規(guī)律進行混凝土配比設(shè)計，機制砂的需水量大，和易性稍差，易產(chǎn)生泌水，特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現(xiàn)明顯。而如果根據(jù)機制砂的特點進行混凝土配比設(shè)計，通過合理利用機制砂中的石粉、調(diào)整機制砂的砂率，完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土的配比設(shè)計方法完全適用于機制砂。適合配制混凝土的機制砂細度模數(shù)為2.6~3.0，級配為2區(qū)。機制砂在配制添加外加劑的混凝土?xí)r，對外加劑的反應(yīng)比天然砂敏感。機制砂配制的高強度泵送混凝土在泵送過程中不易堵泵。正確使用機制砂的混凝土密實度大、抗?jié)B、抗凍性能好，其物理力學(xué)性能和長期耐久性均能達到設(shè)計使用要求。機制砂特別適于配制高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
目前，國內(nèi)機制砂生產(chǎn)主要有3種形式：一種是開礦產(chǎn)石的同時專門生產(chǎn)機制砂，質(zhì)量較好，數(shù)量少；一種是在河道里用卵石生產(chǎn)機制砂或配以少量天然砂生產(chǎn)混合砂，質(zhì)量有好有差，差別較大，數(shù)量也少；再一種是利用各種尾礦生產(chǎn)機制砂，其中主要是各地生產(chǎn)石灰石碎石后的石屑或石粉，經(jīng)過簡單再加工和篩分，或直接利用，質(zhì)量有好有差，差別很大。
從20世紀(jì)60年代起，因為一些建設(shè)工程的環(huán)境條件所限，我國水電、建筑部門就開始用當(dāng)?shù)厥倪M行機制砂的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能和應(yīng)用于混凝土和砂漿的研究，并開始在工程上使用。20世紀(jì)從70年代起，貴州省已在建筑上大規(guī)模使用機制砂，并制定了地方標(biāo)準(zhǔn)。此后，云南、重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西等省市都有了機制砂的生產(chǎn)線，進行機制砂的使用研究。幾十年大量的工程實踐證明，使用機制砂在經(jīng)濟上是合理的、技術(shù)上是成熟的。
GB/T 14684-2001《建筑用砂》中首次增加了機制砂的種類，確定了機制砂的定義、技術(shù)要求和檢驗方法，提出了混合砂要執(zhí)行機制砂的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和亞甲藍試驗方法，為解決河道挖砂的廢石處理找到了出路，為合理利用石粉打下了技術(shù)基礎(chǔ)。
在已有的工程實踐中，用機制砂已配制出C10~C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送更大高度達300 m以上；配制出跨度達64 m的預(yù)應(yīng)力混凝土梁。在試驗室設(shè)計強度C100的機制砂混凝土90 d實際強度達到155 MPa。機制砂已開始應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)、砂漿和制品中。
在使用行業(yè)的分布上，以水電行業(yè)對機制砂的生產(chǎn)和使用更為成熟，但要求也相對高一些，基本是自產(chǎn)自用，多為大中型生產(chǎn)線，我國更大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用機制砂配制混凝土。交通公路、鐵路和建筑則處于起步階段，產(chǎn)品由社會提供，大中小型生產(chǎn)線都有。
在地域分布上，除貴州省和香港機制砂的生產(chǎn)與應(yīng)用已完全普及外，機制砂的生產(chǎn)與使用多集中在特大和大城市及其周邊地區(qū)。如北京、上海、天津、重慶均為使用核心，其周邊地區(qū)為生產(chǎn)區(qū)。北京、上海、重慶都已出臺機制砂應(yīng)用技術(shù)規(guī)程地方標(biāo)準(zhǔn)，天津也正在制定。以上海為例，浙江的湖州地區(qū)已成為上海砂石骨料的主要供應(yīng)基地。
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