山砂与河砂的对比试验研究

郝末兰，姚雪涛

（保定永泰建设工程质量检测有限公司，河北 保定 071000）

山砂与河砂的对比试验研究

郝末兰，姚雪涛

（保定永泰建设工程质量检测有限公司，河北 保定 071000）

本文通过对山砂与河砂的物理性能及应用进行对比试验，发现山砂用于生产混凝土是可行的，对合理利用当地原材料、满足生产需求、缓解资源紧张的形势有积极促进的作用。

山砂；河砂；工作性

0 引言

商品混凝土具有技术质量稳定和环保的优势，在全国大中城市已得到广泛的推广应用。但是，随着商品混凝土的大量应用，建筑材料的消耗巨大，尤其是砂石料的过度开采，使生态环境的稳定性受到了破坏。目前，全国各地以封山，封河等形式，不同程度的限制砂石料的开采。对于我们混凝土企业来说，在没有充足优质原材料的情况下，就需要有充分的技术储备做支持，才能合理利用当地的原材料，以满足生产需求。本文针对河北建设集团有限公司邢台混凝土分公司近期使用的山砂及河砂做对比试验研究，根据两者的区别，调整配合比，以满足质量及施工要求。

1 山砂与河砂的区别

1.1 山砂与河砂的形成

山砂是岩石经过常年的风化、分解，再经过机械破碎后筛除大于 4.75mm 的颗粒得到的产品，在机械力的作用下，呈不规则的多菱角形状，表面粗糙，含泥量和含有机杂质较多。

河砂是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生，其成分较为复杂、表面有一定光滑性，杂质含量多。

本文所用山砂，主要来源于邢台西部山区，一般是风化石或山皮石机械磨碎形成，然后经水洗过筛去杂质；河砂，主要来源于白马河河道，由河底挖出后，经砂场水洗过筛，去除大部分的杂质和泥块。

1.2 山砂与河砂的外观形貌

山砂由于制砂所选取的母岩不同，呈现出不同的外观颜色，如黑色、灰白色等，颗粒多棱角、表面较为粗糙；河砂的外观颜色主要为黄色、白色，由于常年受水流冲刷作用，颗粒表面比较光滑、颗粒大多为椭圆形或近似于圆形。

1.3 山砂与河砂的物理性能

分别取山砂和河砂进行质量检验，结果详见表 1、表 2。

与河砂相比，目前所生产的山砂细度模数普遍偏高，一般山砂的细度模数处于 3.1～3.7 范围内，属于粗砂，山砂的粗颗粒含量较多，而 1.25～0.16mm 范围内的颗粒含量较少，级配不合理。

表 2 山砂与河砂的质量检验结果

表 1 山砂与河砂的颗粒组成

山砂的表观密度及堆积密度均小于河砂，这与其颗粒特性有较大关系。山砂颗粒在破碎过程中，因机械作用出现较多内部损伤，在颗粒内部存在一定的开口或闭口孔隙，因此其表观密度略低于河砂，达到饱和面干程度的需水量（吸水率）则高于河砂；山砂颗粒粒形不规则，而且其中粗颗粒较多，级配不合理，因此在堆积过程中不够密实，对比河砂其堆积密度小而空隙率大；山砂中＜0.16mm 颗粒的含量远高于河砂，因此含泥量高于河砂；山砂所选母岩经多年风化，且在破碎过程中因机械作用会出现较多内部损伤，其坚固性次于由水流缓慢冲刷作用形成的河砂。

山砂与河砂中的＜0.16mm 颗粒是不同的，河砂中的＜0.16mm 颗粒主要为泥粉，而山砂中＜0.16mm 颗粒经亚甲蓝试验测定后确定以石粉为主，分析其来源主要由两部分构成：在开采物料过程中带入由于岩石风化所产生的粉末以及泥粉；岩石在破碎生产过程中，不可避免的会产生一定量的岩石粉末。

2 山砂与河砂的应用对比

2.1 山砂与河砂的水泥胶砂对比

依据 GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》和GB/T2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》，将山砂与河砂进行水泥胶砂对比试验，结果见表 3。

表 3 山砂与河砂的水泥胶砂对比

由表 3 可知，用水量相同时，山砂的砂浆流动度为135mm，低于河砂砂浆的 196mm，而山砂胶砂试件 3d、28d抗压、抗折强度均高于河砂胶砂试件；流动度相同时，河砂的用水量 189mL 低于山砂的用水量 225mL，而河砂胶砂试件3d、28d 抗压、抗折强度均高于山砂胶砂试件。分析其原因如下：

（1）山砂颗粒有较多微裂纹等缺陷，所以吸水率高于河砂颗粒。在制备砂浆的过程中，由于山砂颗粒吸收部分自由水份，使砂浆浆体体系的水份减少，在用水量相同情况下，使得实际水灰比降低，从而使砂浆的流动性降低，而由于实际水灰比的降低，使得胶砂试件的力学性能有所提高。

（2）山砂中＜0.16mm 颗粒的含量高于河砂，这部分颗粒比表面积较大，吸附水量较高，降低了山砂砂浆的流动性能。

（3）山砂颗粒表面粗糙、粒形不规则，在浆体流动过程中颗粒相互作用较大，不利于砂浆的流动性能，而河砂颗粒较为圆润在浆体流动过程中颗粒之间的相互作用较小，砂浆的流动性能较好；同时由于山砂的颗粒特性，硬化的水泥浆体与颗粒之间的结合力较高，所以胶砂试件的强度也随之提高。

从中低强度等级的水泥砂浆而言，采用山砂的强度效果比河砂要好，但山砂的工作性不如河砂；随着水泥砂浆强度的提高，山砂颗粒内部易发生破坏，因此砂浆的强度也会受到限制。

2.2 山砂与河砂的混凝土对比

2.2.1 原材料与配合比

选择企业日常使用的合格原材料，如下：

（1）水泥：邢台中联 P·O42.5 普通硅酸盐水泥，3d 抗压强度 32.8MPa，28d 抗压强度 51.8MPa；

（2）粉煤灰：河北龙泉兴业经贸有限公司Ⅰ级粉煤灰，细度 10.0%；（3）矿粉：邢台华通矿粉厂 S95 级，28d 活性 102%；（4）石子：邢台碎石，5～25mm 连续级配，含泥量0.2%，泥块含量 0.2%；

（5）外加剂：保定慕湖 MZY-A5 聚羧酸减水剂，减水率26.1%，终凝时间 15h；

（6）水：饮用水。

配合比选用生产中常用的 C30 配合比，见表 4。

表 4 C30 配合比

2.2.2 试验数据及分析

分别用山砂与河砂拌制混凝土，观察并测定其工作性能，详细见表 5。

表 5 山砂与河砂拌制混凝土对比数据

由表 5 可知，山砂拌制的混凝土坍落度损失特别快，从搅拌机倒出不到 5min 就失去流动性，工作性很难满足工程要求，而且由于实际用水量过高，导致水灰比过大，混凝土强度没有达到设计要求；而河砂拌制的混凝土工作性及强度都满足要求。

分析其原因如下：

（1）山砂颗粒吸水率高于河砂。在拌制混凝土的过程中，由于山砂颗粒吸收部分自由水份，使混凝土浆体体系的水份减少，从而使混凝土的流动性降低，加速了坍落度损失。

（2）山砂中＜0.16mm 颗粒的含量高于河砂，这部分比表面积较大的细粉颗粒，吸附了部分聚羧酸分子，聚羧酸掺量实际上被降低，从而影响了聚羧酸泵送剂的减水、分散、保坍效果，导致山砂混凝土的工作性能快速下降。

为使山砂混凝土满足强度及工作性要求，需增加水泥用量，以降低水灰比；并适当提高泵送剂掺量，以弥补山砂中细粉吸附的损失。对此我们进行了试验验证。

2.2.3 混凝土配合比调整及验证

我们在表 4 配合比基础上增加 30kg 水泥用量，外加剂掺量由 2.0% 提高至 2.5%，具体试验数据见表 6。由表 6 可知，调整后的山砂混凝土工作性能有所提升，强度也满足设计要求，可以用于生产。

3 结束语

本文通过对山砂与河砂的物理性能及应用对比试验，说明山砂用于生产混凝土是可行的，但为保证混凝土强度及提高其工作性能，在使用山砂时需增加水泥用量并提高泵送剂掺量，由此将不可避免地造成生产成本的增加。

在资源紧张的大形势下，我们还需要进行更多的试验研究，使当地原材料得到更加合理地利用。

［通讯地址］保定市高开区翠园街（071000）

郝末兰，女，本科，工程师。长期从事混凝土技术研究和工程质量检测工作。