安徽省河砂工程现状与河砂性能分析

安徽省河砂工程现状与河砂性能分析

1砂质量要求越来越高,砂体质量不断犯基天然河砂作为当地资源，在短时间内无法再生。随着安徽省经济建设步伐的加快,市场上河砂供不应求,价格日益上涨,且砂子偏细。用于结构混凝土的砂偏细,在拌制混凝土时增大了细骨料的表面积和孔隙率,需要较多的水泥浆来包裹砂子并填充其孔隙,混凝土中由水泥产生的水化热随之增大,结构开裂的可能性就增加。80%以上的混凝土结构开裂是由体积稳定性造成的,而体积稳定的关键因素之一是水泥用量。因此,混凝土用砂偏细,水泥用量增多,混凝土结构开裂的可能性就增加。另一方面河砂价格飞涨,从2000年的40吨/元,增加到目前的70吨/元。在经济利益的驱使下,一些人开始破坏河道挖砂,这不仅损害防洪堤坝,甚至会引发工程事故。有些工程采用海砂,但海砂中含有氯离子,如不对其进行严格控制,用到钢筋混凝土结构中,可能会引起钢筋锈蚀而危害整个工程。因此,国务院和各地政府相继出台政策限制或禁止某些河段开采河砂。例如,2006年3月安徽省长江河道管理局指出:长江河道的采砂工作处在“采禁结合,以禁为主”的重要时期,以此来保障长江防洪、通航安全;安徽省水利厅2006年在其网站上发布禁止淮河部分河道采砂的通知,以此维护河道安全,保护生态环境。安徽省目前建筑用砂的基本状况是:河砂资源相对短缺,且砂偏细,与目前工程建筑市场对砂资源需求量空前高涨以及高强、高性能混凝土对砂质量要求越来越高形成矛盾。要解决这一矛盾必须寻求新的砂源,人工砂随之产生。2混凝土用石粉砂人工砂是由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75mm的岩石颗粒,但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。人工砂是经除土处理的机制砂、混合砂的统称。机制砂颗粒尖锐,表面粗糙,多棱角,细度模数较大,级配不良,与河砂最明显的区别之一是机制砂在生产过程中不可避免地产生一些粒径小于0.075mm的石粉颗粒,约占机制砂总量的10%~15%。本文选用6种机制砂和2种河砂进行比较:贵州一标、八标两种机制砂和湖北沪蓉西高速公路华生机制砂、清江水布垭机制砂、湖北荆门机制砂和恩施五峰机制砂,上述机制砂均为去粉处理的成品砂;河砂为岳阳河砂和武汉庙山河砂。上述砂样的物理性能及筛分析结果分别见表1-1和1-2。(1)机制砂颗粒尖锐,多棱角,不同于浑圆状的河砂,这有利于提高混凝土中骨料与水泥浆的粘结力,与河砂混凝土相比,机制砂混凝土强度较高。(2)机制砂中含有小于75μm石粉,其化学组成与矿物成分与母岩相同,与河砂中的泥有本质的区别。河砂中的泥是混凝土中的有害成分,而机制砂中的石粉不仅可以作为掺合料填充在水泥石和骨料之间,改善混凝土的和易性,且在胶凝材料用量少时,可以代替一部分的水泥。从表1-1可知,6种机制砂的松散堆积密度和表观密度均比2种河砂的大,分别在1.6g/cm3和2.70g/cm3以上,松堆空隙率均比2种河砂的小,均在42.0%以下,而河砂的松堆空隙率在43.0%以上,这是石粉作为微集料填充在砂子孔隙间的缘故。(3)利用机制砂的成套生产设备,不仅可以保证砂源质量的稳定性,而且可根据工程具体情况,生产出满足实际需要的不同级配的机制砂品种。(4)机制砂技术和生产线比较成熟后,其价格比现有市场上的河砂价格要低很多,可以节省工程造价,缓解河砂短缺的现状,同时保护生态环境。3机制砂细度模数(1)机制砂表面粗糙,多棱角,在拌制混凝土特别是中低强度等级的混凝土时,易离析、泌水,可适当增大机制砂中的石粉含量或掺入适量的掺合料(例如粉煤灰等)来改善混凝土的和易性。由表1-1可以看出,机制砂的压碎值和粗糙度比河砂大的多,贵阳一标和八标的机制砂分别达到了Ⅱ、Ⅲ类机制砂指标,说明其坚固性比较弱,粗糙度比较大。(2)机制砂细度模数偏大,级配不良,接近于粗砂。由表1-2可以看出,机制砂2.36mm~0.600mm的颗粒偏多,0.300mm~0.150mm的颗粒偏少;6种机制砂细度模数集中在中粗砂范围内,其中八标机制砂细度模数为4.1,超出粗砂3.1~3.7的范围,岳阳河砂和庙山河砂的细度模数分别为2.8、2.7,在中砂范围内。在配制混凝土时,砂率应比同等粗细的河砂砂率提高2%~3%,也可与目前市场上大量的细砂按一定比例混合使用,既合理利用了细砂资源,又改善了机制砂级配,可以用来配制泵送混凝土及高性能混凝土。4国内的相关研究机制砂在我国的发展有五十多年的历史,早在20世纪60年代,贵州省因受地域限制,开始以碳酸盐岩石为原料进行机制砂的加工和应用研究,70年代开始大规模应用机制砂;80年代,国家建委四局建筑科学研究院就出版了《山砂混凝土》一书,针对贵州省山砂(包括自然山砂和机制山砂)的特点及实践经验系统地总结了山砂混凝土的性能。以后云南、重庆、河南、天津、北京、上海等地也相应制定了地方标准。这些地方标准的实施,在一定意义上缓解了我国西部及黄河以北等地中粗河砂短缺的矛盾。我国在2002年2月1日实施了新的国家标准GB/T14684-2001《建筑用砂》,新增了机制砂的品种,并对其技术指标和试验方法进行了规定;《水工混凝土试验规程》(SL352-2006)中也对人工砂石粉含量试验进行了规定。国内对机制砂的研究主要集中在石粉含量对机制砂混凝土和易性、强度、耐久性能等方面的影响。多数专家学者认为:在和易性方面,适当石粉含量的机制砂对改善混凝土和易性起积极作用。李亚杰在《建筑材料》一书中指出:“人工砂内粗颗粒一般含量较多,当将细度模数控制在理想范围(中砂)时,若小于0.016mm的石粉含量过少,往往使混凝土拌合物的粘聚性较差;但当石粉含量过多,又会使混凝土用水量增大并影响混凝土强度和耐久性,故其石粉含量一般控制在6%~12%之间”。在强度方面,水胶比较大时,随之石粉含量的增加,机制砂混凝土的强度增大;水胶比较小时,石粉含量对机制砂混凝土强度的影响则众说不一。在耐久性方面,机制砂中的石粉是一种有益的惰性填充料,虽然不具有活性,但提高了混凝土的密实性,增强了水泥石与骨料界面的粘结,有助于提高混凝土的耐久性。5控制河砂价格淮河、长江贯穿安徽省,以前省内用砂主要来自于这两大水系,随着工程建筑行业的迅猛发展,河砂用量逐年增大,高强、高性能混凝土对河砂质量要求越来越高,而能够满足要求的中粗河砂资源越来越少;另一方面,河砂的过度开采已经使部分河床变形,甚至引发自然灾害,水利主管部门呼吁加强河道采砂的监管,保护自然环境。在上述两大原因的影响之下,河砂价格逐年攀升,并且中粗河砂供不应求,价格昂贵,在用砂高峰期,甚至细砂也比较紧俏,这不仅影响了安徽省大发展、大建设的步伐,同时大量细砂的使用,也给混凝土结构安全埋下了隐患。所以,发展机制砂部分或全部替代河砂成为安徽省以后走砂资源可持续发展的方向,也是目前摆在工程建设行业面前的一个难题,发