人工砂在公路工程中的应用探析

我国从20世纪60年代修建贵州猫跳河电站起，就开始了在水电和土木建筑工程领域进行机制砂（人工砂）的生产工艺、产品技术性能和在混凝土中应用的研究、使用。经过近20年的探索，人工砂技术取得了一定的成就，但还很不成熟。进入90年代后，在云南、贵州的公路工程中，人工砂的应用已有了很成熟的经验，用人工砂同样能制出桥梁上的C50、C60砼梁片。进入21世纪，我国人工砂技术进入了快速创新的时代并得以广泛的应用。下面就人工砂的特性，存在的问题及其应用作简要的介绍，为今后推广应用提供参考。
　　1 人工砂的特性
　　（1） 人工砂与天然砂相比，具有料源丰富，加工季节影响小，可全年均衡生产等优点。
　　（2） 人工砂与山砂的最大区别就是压碎值指标（或坚固性），山砂的压碎值几乎无法达到指标。
　　（3） 人工砂质量稳定，产源固定，可机械化生产；颗粒粒形合理，级配可调；石粉能合理利用；用其拌制的砼有利于温控及减少砼裂缝。因而得到了日益广泛的应用。
　　（4） 人工砂中混杂的石粉具有粘附性（尤其花岗岩机制砂），干砂时从外表看，细砂的石粉与土类似，而从湿砂过渡到干砂时，又容易结块，影响外观,潮湿状态时与天然砂外观相似。
　　（5） 石粉含量少时，对和易性有影响，拌和物易泌水。
　　2 使用中存在的主要问题
　　2.1 认识问题
　　（1） 人们的传统观念认为，砂仅起填充作用，质量无足轻重，只要提高水泥掺量，就能满足强度要求，甚至有些科技人员也认为砂无技术研究的价值，就是“砂包土”也一样可以当砂用，不重视砂石骨料的颗粒级配、粒型、表面特征、针片状颗粒含量、空隙率、压碎值等指标与性能，观念存在偏差。
　　（2） 人工砂的认识偏差。
　　① 人工砂的生产，不管是干法、湿法或半干法生产，看上去都与石粉接近（或像土），尤其是花岗岩生产的人工砂，因其合格的细颗粒（75um～150um）很容易粘附在颗粒表面，从湿转干时结成团，外表难看，使人产生疑虑，不敢使用。
　　② 人们仅仅把人工砂当作一种简单替代天然砂的材料对待，用传统天然砂的标准来衡量人工砂，不去做对比试验，看到的都是人工砂的短处或不习惯使用，人为限制了人工砂的发展。
　　③ 把破碎碎石过筛后的石屑（石粉）当成人工砂使用，影响砼或砂浆质量。
　　2.2 质量问题
　　（1） 非专业的制砂机顶替专业制砂机生产人工砂，造成粒型不好、针片状过多、无级配、粗颗粒或石粉含量偏大等毛病。
　　（2） 级配不完全合理，细度模数偏大或细颗粒含量偏少。为了把人工砂中的石粉含量当作天然砂中的含泥量指标来对待，专业制砂往往把人工砂中的细集料洗掉，一般都大于3.3。若石粉（细颗粒）减少，控制在7%之内，其细度模数就可以达到二区的优质中砂了﹙见表1﹚。实际上，干法生产的原状人工砂如果认真检测一下，石粉含量并不很高，只要大胆正确使用，就会取得很好的效果，实践已证明这一点。

表1 细集料筛分试验（干筛法）记录

　　（3） 真正机制砂生产出的石粉对砼是有益的。石粉也是小于75um的颗粒，它与天然砂中的泥成分不同，有适量石粉存在，弥补了人工砂配制和易性差的缺陷。同时，它的掺入对完善砼小于75um特细颗粒的级配（天然砂基本没有），提高砼密实性很有益处，实际上它可以起到粉煤灰的功效，改善砼和易性、减少水泥用量或提高砼强度等。所以，人工砂的除土不能过多的洗掉小于75um的颗粒。
　　3 在公路工程中的应用
　　人工砂在建筑工程上已得到广泛的应用，尤其是进入21世纪以来，在水电业中，有了成熟的成功应用经验。建设部行业标准《普通砼用砂质量标准及检验方法》，已酝酿将C30以下的砼石粉含量放宽到10%～20%。历史以来，公路工程由于线长面广、用砂量分散，砼用砂容易以天然砂解决来源，因此人工砂在公路工程中应用甚少。随着我国基础建设规模的不断增大,尤其是高速公路建设的迅速发展,天然砂资源越来越紧缺,河道的采砂有的已经危及到了城市的安危,在很多地区已经制定了限制河道采砂的地方性法规文件或规章制度,因此近年来人工砂已经开始应用于各等级公路工程中。
福建省大田县是个处于崇山峻岭,山陡溪小的山城,砂资源极为缺乏,仅有的少量地方砂源也是质地很差,因此大田的公路工程已有了应用人工砂的尝试,开始应用到普通公路二级水泥砼路面,高速公路的防护、桥涵、路面等工程。三明市公路局于2005年10月至12月底2个多月的时间，在省道306线K189+000～K191+900路段用人工砂铺筑了长2.9km、宽大于8.5m、厚24cm的C35水泥砼路面，该线路车辆密度已超过7000辆/昼夜，经过1年的高密度、重车辆的运行，路面完好，未发现任何新的病害，也没有其他缺陷，证明人工砂的使用效果良好。该路段施工时，考虑到人工砂在福建公路上的应用极少，对人工砂的配合比做了慎重配比选择，使用砼C35的配合比为:水泥:砂：碎石（16～31.5:4.75～16）:水=410:616:（889:381）:169，水灰比0.41，坍落度15～20mm。取芯试件强度合格率100%，28d劈裂强度试验最高达3.9（即弯拉强度6.11）。该路段桩号191K+100～K191+900全长800m还做了砼用合格天然砂（左半幅）与合格人工砂（右半幅；细度模数3.0、石粉含量5～7%）的对比劈裂强度试验，同样的配合比条件下的取芯试件强度如表2所示。

表2 取芯试件强度记录

　　表中数据可以说明：在基本条件基本相同的情况下,人工砂的强度要比天然砂略高一筹。
　　同时为了总结人工砂石粉含量不同,其拌和物的综合性能亦不同的经验,进行了M10砂浆试件对比试验。结果表明,石粉含量在15%以下时,随着石粉含量的增加综合性能有所提高（见表3和表4），比天然砂强度更加理想。

表3 砂浆强度对比表

表4 砂浆试快抗压强度
　　

　　对洗走的石粉加以颗粒分析，结果人工砂洗走的在第一级过滤池的石粉中（约占洗走石粉总量的60%），有用的粒径成份占49%（见表5）。

表5 洗走石粒径成分分析表

　　4 结论
　　通过上述室内试验和人工砂在水泥砼路面应用的实践经验，我们认为使用人工砂首先要解决认识问题，其次是正确的技术试验，同样的试验条件和原材料，试验技术与方法的差异会得出完全相反的结果，再则要使用专业的制砂设备，才能生产出合格的人工砂产品，合格的人工砂（应不能把合格的石粉视为土粉）只有掌握合适的配合比，主要是掌握75um以下的石粉含量。经验上，配制强度等级大于C30的砼石粉含量应小于7%，C20～C30的砼其石粉含量应小于12%，小于C20的砼其石粉量可到15%，根据地区与用途的不同，在上述范围正确掌握石粉含量，再则控制好水灰比与坍落度，就可以得到很满意的效果。同时专业制砂机生产的纯人工砂，以花岗岩为例，干法生产的人工砂其石粉含量一般在12%～15%之间（低标号砼应用范围在7%～15%），拌制的砼或砂浆，与一般天然砂对比，同样的基本条件与合适的含水量条件下，人工砂的综合性能还会比天然砂略胜一筹。实际上在低强度等级砼和砂浆的配制上，不如用不洗的人工砂，既降低成本又增加效果，还可以节约资源（石料与水）和减少环境污染。石粉代替粉煤灰配制砼，可以起到节约水泥、减少用水量、降低成本、改善和易性、提高流动性、减少泌水等功效。人工砂的特性决定了它在类似产品中的优势，尤其在对河道采砂石有严格限制或天然砂资源紧缺的地区，更是体现出了它的资源优势。

• 0人已收藏

• 0人已打赏

  免费
• 0人已点赞

• 分享

  复制链接 新浪微博 微信扫一扫