广东乐昌市廊北灌区治理工程人工砂的应用

龙永周

文章编号：2095-6835（2016）13-0104-02

摘 要：结合韶关乐昌市水利工程中人工砂的实际使用情况，从人工砂特性、对砂浆及混凝土工作性能和力学性能的影响以及经济效益等几个方面对人工砂的使用进行了探讨。一个工程的成功经验对该地区的人工砂的使用和推广具有积极的意义。

关键词：人工砂；砂浆；混凝土；力学性能

中图分类号：TU521.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.104

一直以来，河砂是水泥混凝土不可缺少的材料。随着社会发展，基础建设、住宅房屋及工程建设的不断消耗，河砂的用量日益加大，河砂的需求矛盾也逐渐突出。以韶关地区为例，近年来，一方面河砂价格不断上涨，另一方面河砂的质量不断下降，主要表现在河砂含泥量加大。此外，过度开采河砂而造成的堤岸崩塌情况时有发生。河砂使用的安全问题、质量问题和成本问题日益加剧。而人工砂的应用正好缓解了这一矛盾。但是，由于对人工砂缺乏足够的认识，对其工作性能、对强度的影响及对成本的影响心存疑虑。而一个工程、一个地区对人工砂的成功应用对人工砂在该地区的推广具有重要意义。

1 工程概况

廊北灌区位于乐昌市东北部的廊田河中下游，主要由廊田干渠、东北干渠、官陂干渠3条主干渠引水灌溉，担负着廊田、长来、北乡、乐城等镇的农田灌溉任务，设计总灌溉面积3.08×107 m2。该工程为IV等小（1）型工程，渠道及灌排建筑物等永久性主要建筑物级别为5级。工程检共有混凝土2.5×104 m2，浆砌石8×104 m2，全部使用高速公路石场生产的人工砂，取得了良好的经济效益和社会效益。

2 试验

2.1 原材料

人工砂为湖南高速石场生产的人工砂，由于此前人工砂在乐昌并未大量使用，施工单位就人工砂的使用对我中心进行了咨询。我中心对此十分重视，成立了专门的课题研究小组。专程对人工砂生产场地的规模、生产工艺流程进行了考察，并现场取样带回试验室，对人工砂和天然砂的力学性能、工作性能进行了一系列的对比试验。

试验用水泥为乐昌中建材水泥有限公司生产的粤海牌P.C32.5R水泥，粗骨料为乐昌将军山石场生产的20～40 mm石灰岩碎石。河砂采自乐昌长来砂场。表1为细骨料砂的检验结果，表2为粗骨料碎石的检验结果，表3为水泥物理力学性能的试验结果。

2.2 试验设计与结果

试验着重对人工砂和河砂进行了对比。以河砂为参照，采用替代法，对比同样配比下砂浆混凝土工作性能和力学性能的变化。同时，根据人工砂本身的特性配制适合该工程使用的砂浆及混凝土。表4为对砂浆性能的影响，表5为对混凝土性能的影响。

人工砂是由机械破碎、筛分而成，颗粒形状粗糙尖锐、多棱角，通常用人工砂配制的混凝土砂率要比河砂混凝土大；人工砂颗粒内部微裂纹多、空隙率大、开口相互贯通的空隙多、比表面积大，加上石粉含量高等特点，因而人工砂配制的砂浆、混凝土用水量大。从试验中可以看出，同一配比下，使用人工砂配制的砂浆及混凝土流变能明显下降，但是强度值均有所提高。这是因为人工砂粗糙尖锐、多棱角外形增强了与水泥的黏结。另外，微细石粉的填充效应使得砂浆混凝土结构更加致密，从而使构件强度提高。

3 人工砂质量控制要点

人工砂中小于0.075 mm的细颗粒部分统称为“人工砂石粉”，主要有2种成分组成，即纯石粉和泥粉。与天然砂一样，人工砂中的泥粉含量同样对人工砂质量造成重大影响。泥粉的存在削弱了水泥与骨料之间的黏结，从而降低了砂强及混凝土构件强度。在人工砂生产现场，我们专门取回了4种不同石粉含量的人工砂，并进行了对比试验。表6为人工砂质量检验情况。从表6中可以看出，石粉的含量越高，MB值越大。我们详细分析了该人工砂的

生产工艺流程。该砂场生产工艺采用粗碎、中碎、超细碎、棒磨机4段破碎——粗碎开路生产，中碎和筛分形成闭路循环结合；超细碎和筛分形成闭路循环。封闭流程中各级粒径可调性好，设备类型的选择能很好的控制产品质量，级配可按需生产，是人工骨料生产中的典型流程。此流程为立轴破碎机制砂为主，并用棒磨机调整细度模数为辅的典型工艺流程。制砂原料为当地优质石灰岩。一般情况下，在生产工艺流程确定、制砂原料质量稳定的前提下，生产过程中产生的纯石粉含量稳定在在5%～6%. 泥粉是石粉总量增加的主要来源。原料中泥块、泥粉含量的增加直接导致了人工砂成品中石粉总量的增加，从而影响了人工砂的产品质量。从强度试验中可以看出，随着石粉的含量增大，MB值上升，强度持续下降。因此，控制原料中泥块泥粉的含量，从而控制人工砂中石粉含量小于10%，是控制该人工砂场人工砂质量的关键。图1所示为28 d抗压强度与MB值。

4 应用情况

试验结果坚定了施工单位在该工程中使用人工砂的信心。由于当时广乐高速正在施工，乐昌境内优质天然河砂紧缺，价格为120元/m3，而人工砂价格只有70元/m3。全工程用砂约4×104 m3，仅用砂一项，就节约材料成本约200万元，而且湖南高速石场主要任务是生产高速公路用石，人工砂只是副产品。因此，人工砂的使用既是废物利用，又保护了环境，具有良好的社会效益。

5 结束语

相对河砂而言，在同一配比的情况下，使用优质人工砂配制的砂浆及混凝土（C20）流变能下降，但是强度值均有所提高。适当增加砂率和用水量，完全可以配制出适合于工程使用的砂浆及混凝土，不但保证了其工作性能和力学性能的要求，而且降低了成本。

在制砂原料稳定、工艺生产流程不变的前提下，人工砂中纯石粉含量是稳定的，石粉含量的提高与前期工序中掺入过多的泥块和泥粉有很大关系。因此，控制原料中泥块泥粉的含量是控制人工砂质量的关键。

〔编辑：刘晓芳〕