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          人工砂在混凝土應用有問題?這些質量控制措施了解一下!

          日期:2021-09-08 | 來源:中國振動機械網
          砂是混凝土的主要組分之一,其品質對混凝土拌合物的工作性及硬化混凝土的物理力學性能和耐久性均具有重要影響?;炷劣蒙胺譃樘烊簧昂腿斯ど皟深?。人工砂是用巖石經除土開采、機械破碎..

          砂是混凝土的主要組分之一,其品質對混凝土拌合物的工作性及硬化混凝土的物理力學性能和耐久性均具有重要影響?;炷劣蒙胺譃樘烊簧昂腿斯ど皟深?。人工砂是用巖石經除土開采、機械破碎、篩分制成的,公稱粒徑小于5.00mm的巖石顆粒。

          目前我國多數地區應用的是天然砂,天然砂資源短時期內是不可再生的,隨著基本建設日益發展的需要,我國不少地區出現天然砂資源逐步減少,砂的數量和質量不能滿足用砂的需要,影響了工程建設的進度和質量。由于砂資源短缺,價格上漲,一些地區超量開采,毀田挖砂、破壞河道情況比比皆是,過度采砂造成的環境破壞越來越嚴重,尤其是江砂、河砂的過量開采會危及江、河堤岸的穩定。

          近年來,國家和各地政府相繼出臺了禁采或限采天然砂的規定。因此,尋求新砂源、開發人工砂已勢在必行。利用當地的巖石資源或工程棄置的廢石生產人工砂,已成為天然砂必不可少的替代資源。

          1.人工砂的特點

          人工砂顆粒形狀棱角多,表面粗糙不光滑,粉末含量較大。人工砂生產過程中要產生一定量的石粉,這是人工砂和天然砂最明顯的區別之一。這里所稱的石粉,不是一般碎石生產企業所稱的“石粉”、“石末”(這是生產碎石的尾礦,一般為粒徑小于5mm的混合物,實際是人工砂的級配范疇)。石粉的定義是:人工砂中粒徑小于75μm,且其礦物組成和化學成分與被加工母巖相同的顆粒物質。

          石粉與泥粉有根本的區別,從細度角度講,經測試表明,小于75μm的石粉顆粒分布主要集中在16μm以上,而泥粉的粒徑一般小于5μm。泥粉可在集料表面形成包裹層,妨礙集料與水泥石的粘結,因此泥粉對混凝土是有害的,必須嚴格控制其含量。人工砂中的石粉,一方面使砂的比表面積增大,增加用水量,但另一方面,有適量石粉的存在,可完善混凝土特細骨料的級配,以及細小的球型顆粒產生的滾珠作用等,會改善混凝土的和易性,提高混凝土的密實性,進而起到提高混凝土綜合性能的作用。

          2.人工砂存在的問題

          2.1 石粉含量問題

          人工砂生產的石粉含量與母巖機械物理性能和砂的級配分布取向有直接關系,對于細度模數的要求和石粉含量的限制相互矛盾,控制石粉產生的比例,則細度模數過大;控制細度模數,又產生超量的石粉。從各地人工砂生產的大致情況來看,未經處理的人工砂石粉含量一般為10%~18%。這個范圍遠遠超出了《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ52規定的人工砂的石粉含量。

          2.2  石粉除粉處理

          對于人工砂超量石粉的處理方式,一般采用水洗法和風選法兩種除粉方法。分離出去的物質并非只有石粉,還含有0.15mm、0.3mm、0.6mm級甚至更大的顆粒,嚴重地破壞了人工砂的自然級配,不利于達到集料的最大密度,水洗法除粉尤甚。

          從實踐生產應用來看,生產人工砂過程中的水洗除粉處理,破壞細集料的原級配,同時消耗大量的水,一方面制砂成本增加,另一方面給環境造成不良影響。有些地區水源無從解決,要求對人工砂進行水洗也是不現實的。因此,人工砂廠對超量石粉最有效的處理方式應為風選除粉,這也是目前市場上應用最廣泛的??紤]風選生產成本和各應用企業對石粉含量的控制,風選處理后的人工砂一般含有5%~10%左右的石粉。為了保證人工砂生產車間的正常生產和保護社會環境、減少環境污染,在人工砂風選除粉后一般增加“預加水”工藝,使人工砂處于潮濕狀態。

          2.3 人工砂含水率

          不同生產單位、以及同一生產單位不同時期或不同操作員工生產的人工砂含水率有一定的差別,含水率的大小將會影響人工砂的堆積狀態,其含水率對人工砂松散堆積密度和緊密堆積密度的影響見表1。




          從表1中可以看出:

          (1)隨著人工砂中含水率的增加,其松散堆積密度和緊密堆積密度先降低,當含水率在3%~5%之間時,其松散堆積密度和緊密堆積密度變化不大,當含水率超過7%后,其松散堆積密度和緊密堆積密度明顯增加,且變化幅度較大;緊密堆積密度與松散堆積密度兩者差值先增加后降低,且含水率在3%~5%之間時,達最大值。

          (2)含水率對人工砂堆積狀態影響較大,當無水存在時,由于不同粒徑顆粒的容重不同,易造成人工砂的堆積狀態發生變化,產生分層離析,造成不同部位處顆粒級配和細度模數相差較大,且堆積場地越大越明顯;隨著人工砂中含水率增加時,其堆積狀態發生變化,當含水率在3%~5%之間時,其人工砂的堆積狀態最好,不同部分的顆粒級配和細度密度相差不大;當人工砂中含水率超過7%后,其堆積狀態明顯變差,特別是含水率大于9%時,堆積體的下表面水分過多和石粉含量明顯增多,堆積體的上表面比較干燥及大顆粒偏多,堆積體的內部下面含水率明顯增多,從而造成不同部位人工砂的顆粒級配、細度模數和石粉含量不同,最終導致人工砂在混凝土生產過程中難以控制。

          2.4 根據MB值合理控制人工砂石粉含量

          《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ52對人工砂石粉的限量,是根據人工砂的亞甲藍試驗MB值確定,亞甲藍MB值檢驗或快速檢驗是用于檢測小于75μm的物質主要是石粉還是泥土的試驗方法。由于不同地區泥粉成分及其中的雜質含量差別較大,使用亞甲藍MB值檢驗或快速檢驗進行檢測時,其試驗結果會相差很大,從而使不同地區利用此方法控制石粉的含量受到很大的影響,應當根據各地原材料情況具體分析。以山東濟南市的某人工砂廠的人工砂為例,摻加當地泥粉,進行了亞甲藍MB值的試驗,其試驗結果見表2和表3。
           


           

          從表2和表3中可以看出:當泥粉含量(占人工砂總量)相同時,石粉對亞甲藍MB值基本無影響;當石粉含量不同時,隨著泥粉含量的增加,其亞甲藍MB值逐漸增大,且摻量越高變化越明顯。根據標準對亞甲藍MB合格值的規定,結合表2和表3的試驗結果,試驗人工砂中的含泥量應控制在1%(占人工砂總量)之內。

          因此,人工砂生產時,應根據亞甲藍MB值和石粉總含量,合理調整控制人工砂的石粉含量;使用人工砂時,應根據人工砂的MB值和石粉含量,對混凝土配合比各材料用量做出適當調整。

          3.人工砂在混凝土應用中質量控制措施

          3.1 嚴格控制人工砂生產質量

          我國幅源遼闊,全國各地的人工砂因礦產原料、加工工藝、破碎加工設備等不同,其顆粒形狀、粒級分布、石粉含量等都會有很大的差別。人工砂的質量必須嚴格滿足行業標準的技術要求,使用者應要求人工砂生產企業重視質量,人工砂生產企業也完全能夠改進技術措施并滿足行業標準對砂的質量要求,這是人工砂比天然砂有質量保證的一個優勢。但如果按老習慣不講質量要求,這也是人工砂的一個劣勢,因為全國天然砂的質量區別不大,使用者一般都有經驗,而人工砂質量差別較大,使用缺乏經驗。

          人工砂生產有一定的規模大小,有固定的生產場地、生產工藝和制砂設備,其產品的質量是完全能夠控制和穩定的,所以提高人工砂生產者的素質,提高人工砂生產企業的要求是必要和可以實現的。例如行業標準明確提出了供貨單位應提供砂產品合格證及質量檢驗報告,人工砂的生產者和使用者都應堅持執行標準中的這一規定,通過提供和索要產品合格證,促使人工砂企業建立質量保證體系,明確和落實生產者的產品質量保證體系,明確和落實生產者的產品質量責任,然后,再由使用者進行現場復試,使人工砂質量得到有效的保障和提高,混凝土質量也就進一步得到保證和落實。

          3.2 混凝土配合比調整

          與天然砂相比,人工砂的質量可以通過生產企業進行控制和調整,但是其質量還會出現一定的波動,如果在混凝土配合比設計中不考慮這些因素的變化,將會對混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的性能產生一定的影響。因此,使用人工砂進行混凝土配合比設計時,需要對配合比設計思路進行優化,使各種原材料用量作一定的調整。

          從目前人工砂在混凝土中的實際生產應用來看,人工砂易出現以下幾個方面的質量波動,影響其在混凝土中的應用,如細度模數偏高或偏低、顆粒級配較差、石粉含量不穩定、泥粉含量不確定、含水率波動較大等。為了保證混凝土的質量穩定,需對人工砂使用中存在的問題進行必要的檢測,并對混凝土配合比進行適當的調整。

          (1)當人工砂細度模數偏高或偏低時,應通過調整砂率,即增大或減小砂率,并應適當調整膠凝材料的用量,以及在試驗室做混凝土試配進行驗證;

          (2)當人工砂顆粒級配較差時,特別是人工砂中的“中砂”較少,“粗砂”和“細砂”(粗、中、細砂根據顆粒粒徑大小分)較多時,對混凝土拌合物的工作性能影響特別敏感,這是混凝土生產者很難解決的問題,通常情況下,大部分生產者是增加膠凝材料的用量,并適當調整粗集料的用量,或者通過與天然砂進行搭配使用,但調整后的混凝土拌合物狀態一般;

          (3)石粉含量波動較大時,通常情況下,大部分混凝土生產者都把它當作細集料使用,很少調整膠凝材料的用量及外加劑的摻量,但由于石粉的顆粒粒徑與水泥等膠凝材料接近,考慮石粉的特點,在混凝土配合比設計中,可把石粉作為膠凝材料重新計算配合比,且外加劑的摻量應作出一定的調整,同時,石粉用量應在人工砂中扣除??墒?,在實際生產應用中,石粉含量波動較大,如何根據石粉含量的變化及時調整混凝土配合比是至關重要的問題,這需要各混凝土生產者需要大量的試驗工作經驗和一定的實際應用基礎;

          (4)泥粉含量的多少是當前很多混凝土生產者最頭疼的問題,他們根本不知道泥粉含量到底有多少,以及泥粉含量多少對混凝土質量的影響有多大,都是一個模糊的概念,他們共同認可的觀點是:泥粉多將嚴重影響混凝土質量,所以,正確認識泥粉的存在是一個至關重大的問題,我們要分清泥粉和石粉對混凝土各種性能的影響大小,以及如何準確算出人工砂中泥粉和石粉各自的含量,根據作者本人的經驗,不同地區的生產者,要針對當地的泥粉質量,人工砂中石粉含量,作大量試驗工作,找出一定的規律,從而能使用亞甲藍MB值和石粉含量測出泥粉和石粉的準確數值,以便更好地調整混凝土配合比;

          (5)含水率波動影響人工砂的顆粒級配分布、細度模數、石粉含量等,根據作者本人的經驗,人工砂含水率應控制在3%~5%之間。

          圖片

          4.結論

          (1)隨著建設規模的擴大和對混凝土質量要求的日益提高,天然砂資源特別是優質天然砂資源日益短缺,同時環境保護工作的加強以及可持續發展戰略的實施,使用人工砂代替天然砂已成為砂行業未來發展的趨勢。

          (2)根據人工砂的性能特點及實際應用情況,人工砂生產應采取有效措施,嚴格控制人工砂的生產質量,滿足混凝土技術要求。

          (3)人工砂的顆粒級配、細度模數、石粉含量、泥粉含量及含水率等性能指標的變化將會對混凝土的性能產生比較大的影響,因此,應根據人工砂性能特點合理對混凝土配合比進行調整。


          責任編輯:曉麗
          本文關鍵詞:混凝土 天然砂 人工砂
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