機(jī)制砂在北川災(zāi)后重建過程中的應(yīng)用
天然砂作為常規(guī)建筑材料已有若干年的時(shí)間，但是北川當(dāng)?shù)靥烊簧百Y源有限，并且隨著我國(guó)大力提倡環(huán)保節(jié)能、科學(xué)發(fā)展、水土保持等一系列政策、法規(guī)及其制度的建立，天然砂的開采量受到嚴(yán)重制約，尋找天然砂的替代材料將是必須面臨的問題。在北川地區(qū)目前大量使用的機(jī)制砂是很好的取代材料，但又因?yàn)轭w粒形狀、級(jí)配、生產(chǎn)工藝等的落后而只能與天然特細(xì)砂混合使用（即混合砂）。本文較系統(tǒng)地對(duì)機(jī)制砂在北川災(zāi)后重建中的應(yīng)用作了闡述。
關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；災(zāi)后重建；混凝土
1、機(jī)制砂的生產(chǎn)
制砂機(jī)按照破碎原理分主要有鍔式、圓錐式、旋回式、錘式、旋盤式、反擊式、對(duì)輥式和沖擊式等。導(dǎo)致最終產(chǎn)品顆粒形狀的優(yōu)劣排序?yàn)椋哄N式和沖擊式等優(yōu)于反擊式、圓錐式和旋盤式，鍔式、輥式和旋回式最差；但前者制造成本較高。傳統(tǒng)的輥式制砂不能很好地改變砂顆粒的形狀、大小以及級(jí)配，仍然存在細(xì)度模數(shù)大，4.75、2.36mm顆粒含量偏多，細(xì)顆粒偏少的缺陷，而改良后的輥式制砂能有效解決顆粒形狀、級(jí)配存在的不足，使其滿足規(guī)范要求的區(qū)間范圍。立軸沖擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的人工砂，缺少中間粒徑，細(xì)度模數(shù)大，但加工成本低；而棒磨機(jī)所制人工砂，級(jí)配好，細(xì)度模數(shù)易于調(diào)整，但加工成本高，含粉量高。粗、中、細(xì)三段破碎+棒磨機(jī)制砂是我國(guó)沿用了幾十年的砂石生產(chǎn)工藝模式，至今，與時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)的新的砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念已經(jīng)形成，并因其具有良好的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性而得以推廣應(yīng)用。二者在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)上有著良好的互補(bǔ)性，破磨結(jié)合的制砂思路是對(duì)人工砂石技術(shù)的重要?jiǎng)?chuàng)新。這種新的設(shè)計(jì)理念概括起來就是：砂石加工“多碎少磨，以擠破代磨破，破磨結(jié)合，注重環(huán)保，營(yíng)造綠色生產(chǎn)理念”。通過多段破碎，減少骨料磨碎；不但可提高成品料質(zhì)量，減少機(jī)制砂中石粉含量和設(shè)備磨損（即單位產(chǎn)量的耗鋼量），降低加工成本，而且還可簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝，減少制砂耗水量及相應(yīng)的廢水量的排放，有利于環(huán)保。并且濕法、干法均可生產(chǎn)。如用沖擊破+棒磨機(jī)制砂和輥式制砂，可以通過進(jìn)料量、進(jìn)料粒徑、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的調(diào)整，按工程的需要，人為地較穩(wěn)定地控制人工砂的質(zhì)量。在擂鼓鎮(zhèn)附近的機(jī)制砂生產(chǎn)廠家大部分采用的是目前這種。
2、機(jī)制砂的基本特性
2.1GB/T14684—2001國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》中明確了砂按產(chǎn)源分為天然砂和人工砂兩類。天然砂包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂；人工砂為“經(jīng)除土處理的機(jī)制砂和混合砂的統(tǒng)稱”（本文所述人工砂和機(jī)制砂并非混合砂，而是完全由石灰石經(jīng)機(jī)械破碎、篩分制成的不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖的粒徑小于4.75mm的巖石細(xì)顆粒）。由于人工砂是用專門的制砂機(jī)械生產(chǎn)，其顆粒形狀、性質(zhì)等也有別于天然砂，機(jī)制砂的普遍特點(diǎn)概括起來主要有如下幾點(diǎn)：
2.1.1人工砂顆粒是多棱體，級(jí)配合理，粒度均勻，通常含有的石粉可以部分改善混凝土的工作性能。
2.1.2通常在同一工地，人工砂與碎石是同一種母巖制成，熱學(xué)性能一致，對(duì)大體積混凝土技術(shù)效果尤為顯著。
2.1.3同一生產(chǎn)設(shè)備或工藝，機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)和單篩的篩余量成線性關(guān)系，對(duì)于一種砂子，先通過試驗(yàn)建立關(guān)系式后，只要測(cè)定一個(gè)單篩的篩余量即可快速求出細(xì)度模數(shù)。
2.1.4機(jī)制砂中石粉含量的變化是隨細(xì)度模數(shù)變化而發(fā)生變化的，細(xì)度模數(shù)越小，石粉含量越高；反之，細(xì)度模數(shù)越大，石粉含量越低。
2.1.5人工砂的粒級(jí)差異較大。一種人工砂是由制砂機(jī)專門生產(chǎn)的，這部分人工砂級(jí)配可調(diào)整，但其制造成本較高；另一種是加工碎石時(shí)篩除大于4.75mm顆粒后的下腳料，俗稱石屑，也有稱尾礦，這部分顆粒級(jí)配差別很大。一般前者2.36mm以上的顆粒較多，后者0.300mm與0.150mm的顆粒較多且含泥量較高，片狀顆粒也較多，嚴(yán)重制約它的應(yīng)用范圍。
2.1.6機(jī)制砂配制的混凝土坍落度減小，混凝土28d標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度提高；如保持與天然砂配制的混凝土坍落度一致，則單位用水量增加；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(shí)測(cè)強(qiáng)度并不降低。按天然砂的規(guī)律進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，人工機(jī)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(qiáng)度等級(jí)混凝土中表現(xiàn)明顯。
2.2.1成品級(jí)配非常合理，針片狀含量少，顆粒形狀多棱角，屬多面立方體，在硬化混凝土中有非常好的咬合力和黏結(jié)力。
2.2.2顆粒級(jí)配完全符合JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中I、II類砂的要求，可將產(chǎn)品分成I類砂細(xì)度模數(shù)3.1～3.4和II類砂細(xì)度模數(shù)2.4～2.6，并根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級(jí)搭配成與之相適應(yīng)的細(xì)度模數(shù)用于生產(chǎn)，滿足不同強(qiáng)度等級(jí)和易性和可泵性能，拌合物各項(xiàng)性能良好。
2.2.3成品砂的壓碎指標(biāo)完全符合規(guī)范要求（總壓碎指標(biāo)應(yīng)小于30%），實(shí)測(cè)壓碎指標(biāo)值在8.0%～9.5%左右。
2.2.4成品中石粉含量均低，一般控制在7%～9%，經(jīng)亞甲藍(lán)法檢測(cè)石粉含量時(shí)，其MB值為0.4～0.6。
2.2.5用機(jī)制砂配制混凝土?xí)r的用水量一般較特細(xì)砂和混合砂配制的混凝土低5～15kg/m3，具有一定的減水性能。
3、使用和生產(chǎn)人工砂應(yīng)注意的若干問題
3.1正確認(rèn)識(shí)和利用石粉
根據(jù)在北川擂鼓鎮(zhèn)攪拌站的試驗(yàn)及國(guó)內(nèi)的一些文獻(xiàn)資料反映，機(jī)制砂中的石粉含量提高至10%～12%，對(duì)混凝土性能無(wú)明顯影響。0.075mm以下顆粒比表面積達(dá)一般在280～310m2/kg，當(dāng)石粉比表面積達(dá)到500m2/kg以上時(shí)，石粉在混凝土中具有填充效應(yīng)、微集料效應(yīng)以及在堿激發(fā)作用下的活性效應(yīng)，石粉對(duì)水泥具有增強(qiáng)作用，石粉在水泥水化反應(yīng)中起晶核作用，誘導(dǎo)水泥的水化產(chǎn)物析晶，加速水泥水化并參加水泥的水化反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，并阻止鈣礬石向單硫型的水化硫鋁酸鈣轉(zhuǎn)化。將石粉摻入5%、10%、15%，通過試驗(yàn)證明，水泥膠砂強(qiáng)度隨石粉摻量的增加而增加。石粉的高效回收，既可降低人工砂生產(chǎn)成本，又能調(diào)節(jié)人工砂的細(xì)度模數(shù)，提高人工砂質(zhì)量，改善混凝土性能，同時(shí)降低生產(chǎn)廢水的處理難度，利于環(huán)保，石粉作為摻合料替代粉煤灰具有非常高的利用價(jià)值，某些方面性能甚至優(yōu)于粉煤灰生產(chǎn)的混凝土。在目前的擂鼓混凝土生產(chǎn)過程中，部分同等標(biāo)號(hào)的混凝土使用機(jī)制砂比使用天然砂的強(qiáng)度有一定的提高，機(jī)制砂的石粉含量在15%左右的時(shí)候有利于混凝土的泵送。
3.2嚴(yán)格控制機(jī)制砂質(zhì)量
首先必須嚴(yán)格控制用于生產(chǎn)機(jī)制砂的原材料中的含泥量，一定按不大于1.0%的要求檢測(cè)；其次控制好砂的級(jí)配、細(xì)顆粒含量、顆粒形狀、石粉含量、細(xì)度模數(shù)等指標(biāo)，并不定時(shí)抽檢；每季度或半年作一次堿活性試驗(yàn)，對(duì)于有多家原材料供應(yīng)商的，應(yīng)分別取樣檢測(cè)堿活性，以避免對(duì)混凝土耐久性造成危害，擂鼓攪拌站也對(duì)不同廠家不同級(jí)配的機(jī)制砂進(jìn)行了分類堆放，針對(duì)普通混凝土和泵送混凝土的特性選用不同的機(jī)制砂。
4、應(yīng)用范圍及總結(jié)
通過不斷摸索規(guī)律，目前機(jī)制砂廣泛應(yīng)用于擂鼓鎮(zhèn)災(zāi)后恢復(fù)重建工程3、4號(hào)路市政工程，擂鼓小學(xué)、幼兒園房建工程，擂鼓鎮(zhèn)八一中學(xué)房建工程，吉娜羌寨橋梁工程的災(zāi)后恢復(fù)援建工程中，應(yīng)用的強(qiáng)度等級(jí)有C10～C50，到目前為止共計(jì)生產(chǎn)各種等級(jí)混凝土3萬(wàn)余立方米。應(yīng)用效果良好，結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量、收縮變形、抗裂性能等與特細(xì)砂和混合砂生產(chǎn)的混凝土無(wú)任何差異，甚至優(yōu)于特細(xì)砂和混合砂生產(chǎn)的混凝土，層與層之間的接縫非常密實(shí)，無(wú)爛根現(xiàn)象，并且較小構(gòu)件也很容易澆灌密實(shí)。用質(zhì)量?jī)?yōu)良的機(jī)制砂很容易配制高標(biāo)號(hào)的混凝土和泵送混凝土，經(jīng)過半年多的實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，對(duì)機(jī)制砂有了充分的認(rèn)識(shí)，下面是在應(yīng)用中的點(diǎn)滴體會(huì)。
4.1用機(jī)制中、粗砂能夠配制出性能優(yōu)良的不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土。
4.2進(jìn)場(chǎng)的機(jī)制砂根據(jù)實(shí)際情況分類堆放，最好分為中砂（細(xì)度模數(shù)2.3～2.6）和粗砂（細(xì)度模數(shù)3.1～3.4）兩種規(guī)格，以方便任何強(qiáng)度等級(jí)的使用。
4.3材料決定配合比，有什么樣的原材料才有什么樣的配合比。
4.4機(jī)制砂的級(jí)配、細(xì)度模數(shù)、砂率、膠凝材料混凝土的性能影響最大，在調(diào)整混凝土配合比時(shí)一定注意各因素之間的比例關(guān)系。在保證混凝土中粗、細(xì)骨料級(jí)配良好情況下，一般低強(qiáng)度等級(jí)采用高砂率，低膠凝材料用量，小細(xì)度模數(shù)；高強(qiáng)度等級(jí)采用低砂率，高膠凝材料用量，大細(xì)度模數(shù)。
4.5在確保和易性、可泵性前提下，應(yīng)盡可能降低砂率。混凝土感覺骨料偏多，但和易性良好為優(yōu)。
4.6機(jī)制砂中的含泥量對(duì)外加劑摻量和混凝土的強(qiáng)度、坍落度及坍落度損失影響較大。
4.7水泥用量決定混凝土的強(qiáng)度，但不是絕對(duì)的，而是相對(duì)的。通過試驗(yàn)，當(dāng)骨料級(jí)配良好時(shí)，相近強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果，其配合比水泥（P·O42.5）用量相差可達(dá)55kg/m3。
4.8質(zhì)量合格的機(jī)制砂不影響混凝土的凝結(jié)時(shí)間和坍落度損失，與混合砂和天然砂無(wú)異。在北川擂鼓鎮(zhèn)地震災(zāi)區(qū)自然資源有限的情況下，開辟多途徑解決細(xì)骨料資源問題，是災(zāi)后重建混凝土生產(chǎn)的當(dāng)務(wù)之急，用較低的消耗換取最大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的社會(huì)效益，為國(guó)家節(jié)約投資，降低生產(chǎn)成本和能耗，減少天然砂資源的開采，維持生態(tài)平衡，為災(zāi)區(qū)的災(zāi)后重建建設(shè)打開新局面，為建設(shè)一個(gè)和諧美麗的新北川打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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作者簡(jiǎn)介： 張峰 張少成 單位：濟(jì)南城建集團(tuán)有限公司責(zé)任編輯：admin
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