安徽省河砂工程現(xiàn)狀與河砂性能分析

安徽省河砂工程現(xiàn)狀與河砂性能分析

1砂質(zhì)量要求越來(lái)越高,砂體質(zhì)量不斷犯基天然河砂作為當(dāng)?shù)刭Y源，在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法再生。隨著安徽省經(jīng)濟(jì)建設(shè)步伐的加快,市場(chǎng)上河砂供不應(yīng)求,價(jià)格日益上漲,且砂子偏細(xì)。用于結(jié)構(gòu)混凝土的砂偏細(xì),在拌制混凝土?xí)r增大了細(xì)骨料的表面積和孔隙率,需要較多的水泥漿來(lái)包裹砂子并填充其孔隙,混凝土中由水泥產(chǎn)生的水化熱隨之增大,結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的可能性就增加。80%以上的混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂是由體積穩(wěn)定性造成的,而體積穩(wěn)定的關(guān)鍵因素之一是水泥用量。因此,混凝土用砂偏細(xì),水泥用量增多,混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的可能性就增加。另一方面河砂價(jià)格飛漲,從2000年的40噸/元,增加到目前的70噸/元。在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下,一些人開(kāi)始破壞河道挖砂,這不僅損害防洪堤壩,甚至?xí)l(fā)工程事故。有些工程采用海砂,但海砂中含有氯離子,如不對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格控制,用到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中,可能會(huì)引起鋼筋銹蝕而危害整個(gè)工程。因此,國(guó)務(wù)院和各地政府相繼出臺(tái)政策限制或禁止某些河段開(kāi)采河砂。例如,2006年3月安徽省長(zhǎng)江河道管理局指出:長(zhǎng)江河道的采砂工作處在“采禁結(jié)合,以禁為主”的重要時(shí)期,以此來(lái)保障長(zhǎng)江防洪、通航安全;安徽省水利廳2006年在其網(wǎng)站上發(fā)布禁止淮河部分河道采砂的通知,以此維護(hù)河道安全,保護(hù)生態(tài)環(huán)境。安徽省目前建筑用砂的基本狀況是:河砂資源相對(duì)短缺,且砂偏細(xì),與目前工程建筑市場(chǎng)對(duì)砂資源需求量空前高漲以及高強(qiáng)、高性能混凝土對(duì)砂質(zhì)量要求越來(lái)越高形成矛盾。要解決這一矛盾必須尋求新的砂源,人工砂隨之產(chǎn)生。2混凝土用石粉砂人工砂是由機(jī)械破碎、篩分制成的,粒徑小于4.75mm的巖石顆粒,但不包括軟質(zhì)巖、風(fēng)化巖石的顆粒。人工砂是經(jīng)除土處理的機(jī)制砂、混合砂的統(tǒng)稱(chēng)。機(jī)制砂顆粒尖銳,表面粗糙,多棱角,細(xì)度模數(shù)較大,級(jí)配不良,與河砂最明顯的區(qū)別之一是機(jī)制砂在生產(chǎn)過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生一些粒徑小于0.075mm的石粉顆粒,約占機(jī)制砂總量的10%~15%。本文選用6種機(jī)制砂和2種河砂進(jìn)行比較:貴州一標(biāo)、八標(biāo)兩種機(jī)制砂和湖北滬蓉西高速公路華生機(jī)制砂、清江水布埡機(jī)制砂、湖北荊門(mén)機(jī)制砂和恩施五峰機(jī)制砂,上述機(jī)制砂均為去粉處理的成品砂;河砂為岳陽(yáng)河砂和武漢廟山河砂。上述砂樣的物理性能及篩分析結(jié)果分別見(jiàn)表1-1和1-2。(1)機(jī)制砂顆粒尖銳,多棱角,不同于渾圓狀的河砂,這有利于提高混凝土中骨料與水泥漿的粘結(jié)力,與河砂混凝土相比,機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度較高。(2)機(jī)制砂中含有小于75μm石粉,其化學(xué)組成與礦物成分與母巖相同,與河砂中的泥有本質(zhì)的區(qū)別。河砂中的泥是混凝土中的有害成分,而機(jī)制砂中的石粉不僅可以作為摻合料填充在水泥石和骨料之間,改善混凝土的和易性,且在膠凝材料用量少時(shí),可以代替一部分的水泥。從表1-1可知,6種機(jī)制砂的松散堆積密度和表觀密度均比2種河砂的大,分別在1.6g/cm3和2.70g/cm3以上,松堆空隙率均比2種河砂的小,均在42.0%以下,而河砂的松堆空隙率在43.0%以上,這是石粉作為微集料填充在砂子孔隙間的緣故。(3)利用機(jī)制砂的成套生產(chǎn)設(shè)備,不僅可以保證砂源質(zhì)量的穩(wěn)定性,而且可根據(jù)工程具體情況,生產(chǎn)出滿(mǎn)足實(shí)際需要的不同級(jí)配的機(jī)制砂品種。(4)機(jī)制砂技術(shù)和生產(chǎn)線比較成熟后,其價(jià)格比現(xiàn)有市場(chǎng)上的河砂價(jià)格要低很多,可以節(jié)省工程造價(jià),緩解河砂短缺的現(xiàn)狀,同時(shí)保護(hù)生態(tài)環(huán)境。3機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)(1)機(jī)制砂表面粗糙,多棱角,在拌制混凝土特別是中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r,易離析、泌水,可適當(dāng)增大機(jī)制砂中的石粉含量或摻入適量的摻合料(例如粉煤灰等)來(lái)改善混凝土的和易性。由表1-1可以看出,機(jī)制砂的壓碎值和粗糙度比河砂大的多,貴陽(yáng)一標(biāo)和八標(biāo)的機(jī)制砂分別達(dá)到了Ⅱ、Ⅲ類(lèi)機(jī)制砂指標(biāo),說(shuō)明其堅(jiān)固性比較弱,粗糙度比較大。(2)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏大,級(jí)配不良,接近于粗砂。由表1-2可以看出,機(jī)制砂2.36mm~0.600mm的顆粒偏多,0.300mm~0.150mm的顆粒偏少;6種機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)集中在中粗砂范圍內(nèi),其中八標(biāo)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)為4.1,超出粗砂3.1~3.7的范圍,岳陽(yáng)河砂和廟山河砂的細(xì)度模數(shù)分別為2.8、2.7,在中砂范圍內(nèi)。在配制混凝土?xí)r,砂率應(yīng)比同等粗細(xì)的河砂砂率提高2%~3%,也可與目前市場(chǎng)上大量的細(xì)砂按一定比例混合使用,既合理利用了細(xì)砂資源,又改善了機(jī)制砂級(jí)配,可以用來(lái)配制泵送混凝土及高性能混凝土。4國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究機(jī)制砂在我國(guó)的發(fā)展有五十多年的歷史,早在20世紀(jì)60年代,貴州省因受地域限制,開(kāi)始以碳酸鹽巖石為原料進(jìn)行機(jī)制砂的加工和應(yīng)用研究,70年代開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用機(jī)制砂;80年代,國(guó)家建委四局建筑科學(xué)研究院就出版了《山砂混凝土》一書(shū),針對(duì)貴州省山砂(包括自然山砂和機(jī)制山砂)的特點(diǎn)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)系統(tǒng)地總結(jié)了山砂混凝土的性能。以后云南、重慶、河南、天津、北京、上海等地也相應(yīng)制定了地方標(biāo)準(zhǔn)。這些地方標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施,在一定意義上緩解了我國(guó)西部及黃河以北等地中粗河砂短缺的矛盾。我國(guó)在2002年2月1日實(shí)施了新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684-2001《建筑用砂》,新增了機(jī)制砂的品種,并對(duì)其技術(shù)指標(biāo)和試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定;《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL352-2006)中也對(duì)人工砂石粉含量試驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)定。國(guó)內(nèi)對(duì)機(jī)制砂的研究主要集中在石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土和易性、強(qiáng)度、耐久性能等方面的影響。多數(shù)專(zhuān)家學(xué)者認(rèn)為:在和易性方面,適當(dāng)石粉含量的機(jī)制砂對(duì)改善混凝土和易性起積極作用。李亞杰在《建筑材料》一書(shū)中指出:“人工砂內(nèi)粗顆粒一般含量較多,當(dāng)將細(xì)度模數(shù)控制在理想范圍(中砂)時(shí),若小于0.016mm的石粉含量過(guò)少,往往使混凝土拌合物的粘聚性較差;但當(dāng)石粉含量過(guò)多,又會(huì)使混凝土用水量增大并影響混凝土強(qiáng)度和耐久性,故其石粉含量一般控制在6%~12%之間”。在強(qiáng)度方面,水膠比較大時(shí),隨之石粉含量的增加,機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度增大;水膠比較小時(shí),石粉含量對(duì)機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度的影響則眾說(shuō)不一。在耐久性方面,機(jī)制砂中的石粉是一種有益的惰性填充料,雖然不具有活性,但提高了混凝土的密實(shí)性,增強(qiáng)了水泥石與骨料界面的粘結(jié),有助于提高混凝土的耐久性。5控制河砂價(jià)格淮河、長(zhǎng)江貫穿安徽省,以前省內(nèi)用砂主要來(lái)自于這兩大水系,隨著工程建筑行業(yè)的迅猛發(fā)展,河砂用量逐年增大,高強(qiáng)、高性能混凝土對(duì)河砂質(zhì)量要求越來(lái)越高,而能夠滿(mǎn)足要求的中粗河砂資源越來(lái)越少;另一方面,河砂的過(guò)度開(kāi)采已經(jīng)使部分河床變形,甚至引發(fā)自然災(zāi)害,水利主管部門(mén)呼吁加強(qiáng)河道采砂的監(jiān)管,保護(hù)自然環(huán)境。在上述兩大原因的影響之下,河砂價(jià)格逐年攀升,并且中粗河砂供不應(yīng)求,價(jià)格昂貴,在用砂高峰期,甚至細(xì)砂也比較緊俏,這不僅影響了安徽省大發(fā)展、大建設(shè)的步伐,同時(shí)大量細(xì)砂的使用,也給混凝土結(jié)構(gòu)安全埋下了隱患。所以,發(fā)展機(jī)制砂部分或全部替代河砂成為安徽省以后走砂資源可持續(xù)發(fā)展的方向,也是目前擺在工程建設(shè)行業(yè)面前的一個(gè)難題,發(fā)