特细砂混凝土的研究进展

张贺

摘要：砂是混凝土的重要组成成分。目前我国中砂和粗砂的产量已经逐渐不能满足建筑需求，而特细砂给建筑行业带来了新的曙光，亟需将特细砂资源的潜在价值挖掘出来。对国内外特细砂混凝土的研究情况进行系统论述，并展望特细砂混凝土的发展前景，以期为新的建筑材料的开发提供参考。

关键词：混凝土；特细砂；研究进展；前景

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）04-0055-03

长久以来，粒径大小处于0.15～4.75 mm之间的建筑材料被业内人士称为砂。作为石材，砂是一种重要的施工材料，主要应用于配制建筑用混凝土；根据《建筑用砂》的相关规定，满足混凝土配置标准的砂的细度模数应该大于1.6，其中以2.3～3.0的中砂为最佳，粒径一般大于0.15 mm。随着国内建筑行业的蓬勃发展，建筑用混凝土、砂浆的需求与日俱增，相应地，建筑用砂开采量与使用量也逐步增长，导致可采的天然砂中粗砂消耗殆尽、中砂岌岌可危，而细砂、特细砂的比重逐渐增大。

就目前的情况来看，特细砂混凝土的强度等级主要集中在C15～C30。由于特细砂的产量较大，所以与中粗砂相比，特细砂在价格上有着很大的优势，而且特细砂混凝土在一些工程中可作为中砂的替代品。特细砂颗粒小、级配不良，想解决这些问题就必须对特细砂进行系统研究。本课题通过查阅特细砂的文献，总结出国内外特细砂混凝土的研究进展情况。

1 国内特细砂混凝土研究现状

我国特细砂混凝土研究主要是根据工程实例，通过施工的具体要求来配制特细砂混凝土。从整体上看，缺乏一定的应用标准，在利用特细砂时需要先进行研究，这样浪费了大量的时间与精力，且相关参数不统一。

1.1 特细砂混凝土的配制原则

我国学者对特细砂混凝土的研究从20世纪60—70年代就已经开始，经过对特细砂混凝土缺陷的深入研究，提出了特细砂混凝土“三低一超”配制原则，即“低砂率、低坍落度、低水泥用量及粉煤灰的超量取代”。遵循这一原则，特细砂混凝土克服了收缩大、易开裂等缺点，作为一般的建筑材料得到了推广。

目前，“三低一超”法被国内许多施工单位采用，成功应用于各种工程实践中。例如，桐子壕水电站工程、融江大埔电站部分闸坝和船闸工程、高凤山水利枢纽工程、马回水电站、东西关水电站等，都就地取材，根据该法配制出特细砂混凝土，在一定程度上满足了施工要求，取得了较好的经济效果。

1.2 特细砂混凝土的性能

混凝土的各掺合料性能是决定混凝土是否产生裂缝的因素。例如，如果水泥的安定性差，混凝土会因为体积的变化产生裂缝。对此，可以加入其他掺合料进行改善。钢纤维和聚合物纤维具有阻裂作用，并且可以控制试件的水分蒸发，使混凝土的抗裂性能进一步提升。

特细砂混凝土拌合物比较容易分层，这种现象的发生将直接影响混凝土的强度。刘长坤、吴起凤等人对这种情况进行了深入分析，以混凝土骨料的颗粒形状及表面状态作为研究的重点，得出了分层现象是由固体粒子相对运动速度不同而导致的结论，并根据流体力学原理推导出了粒子运动速度与粒子半径平方成正比的关系，较为直观地解释了特细砂混凝土分层现象。此外，在研究混凝土各掺量对其抗渗性能的影响方面，韩建宏、娄宗科发现粉煤灰掺量影响着混凝土的抗渗性，在其达到一定数值时，性能达到定点。

1.3 特性特细砂混凝土的研究成果

1.3.1 特细砂高强混凝土 在20世纪90年代末，任世漫、陈静就提出了配制特细砂高强混凝土的两种技术路线。渠河特细砂，其细度模数在0.94～1.08之间，利用其作为混凝土的细骨料进行研究，配制出C50和C60特细砂高强混凝土。蒲心诚、严吴南通过一系列的技术手段，配制出28 d抗压强度高达126.8 MPa的高强度混凝土，该特细砂的坍落度更是高达255 mm，其技术路线为“水泥+活性矿物掺料+高效减水剂”，配比理论遵循低砂率原则。

1.3.2 水工特细砂混凝土 李光伟对特细砂混凝土的性能进行了全面系统的研究，选取强度、干缩变形、弹性模量、冻融破坏、抗拉伸极限、抗渗、自生体积变形及抗碳化能力等指标进行试验，在获得各种参数后进行归类分析，利用“三低一超”原则配制的水工特细砂混凝土在一些情况下较普通中砂混凝土有先天优势，主要表现为收缩变形小、绝热升温低、抗渗抗冲磨能力强，但同时也存在着早期强度低、混凝土弹性强度较高、极限拉伸值低及抗碳化能力低的不足。

1.3.3 泵送特细砂混凝土 和郁发现配合比参数与压力泌水率的变化呈正相关。沈晓钧则指出压力泌水率与细度模数同时增大；粉煤灰掺量与泌水率呈反比，在骨料级配良好时可节约水泥的用量，有良好的经济效益。此外，张媛媛、张项斌、娄宗科发现粉煤灰、聚丙烯纤维或膨胀剂可以作为混凝土的外加剂，能改善泵送混凝土的收缩。根据对特细砂泵送混凝土特点的研究，研究人员总结出了配制泵送特细砂混凝土的基本原则，即“水胶比较普通泵送混凝土低、砂率低、骨料采用连续级配、粉煤灰和减水剂控制在合理范围内”，遵循这一原则进行混凝土配合比的设计，可以保证混凝土的强度、耐久性及可泵性要求。

1.3.4 其他特性特细砂混凝土 李莉等人对滑膜施工特细砂水泥路面混凝土配合比设计进行研究，发现滑膜摊铺水泥混凝土对混凝土的坍落度要求极为严格，因此在用特细砂配制该种混凝土时宜掺混适当比例的机制砂，而且需掺入适量具有缓凝性能的外加剂，以保证混凝土坍落度损失最小。

1.4 沙漠砂混凝土的研究

杨红霞等人针对陕北沙漠砂开展试验研究，发现其砂率对强度的影响较大、要强于中砂，坍落度与砂率呈正相关。沙漠混凝土也可以使用“三低两掺”法。张财、吴爱芹对撒哈拉沙漠的特细砂配制混凝土的可行性进行研究，提出“低用水量、低砂率、低流动性、增加搅拌时间、加强振捣”的技术路线，利用此方案可以配制出符合施工要求的混凝土，经济效益明显。王彩波、宋建夏等人对毛乌素沙地特细砂进行全方位分析，并按要求设计混凝土配合比，进而对其性能进行分析，得出水灰比对抗压强度影响最大，而砂率次之；减水剂与水灰比对坍落度的影响非常明显，而砂率的影响稍小。试验结果证明，引入毛乌素沙地砂作为细骨料配制混凝土是可行的，并推导出特细砂混凝土强度计算公式fcu=0.6fce（c/w-0.33），此公式适用于毛乌素沙地砂源，这对今后的工程应用有很大的参考价值。

2 国外特细砂混凝土研究现状

A.S.Al-Harthy等人选取Sharkiya金沙区域的沙丘砂作为细骨料配制混凝土，在此基础上对其相关性质进行分析。从沙丘砂的物理性质检测可知其细度模数在0.45～0.88之间，属于特细砂；通过砂的取代对比试验发现，此种砂混凝土的级配不良，其影响并不显著，和易性跟沙丘砂的取代比重相关，沙丘砂如果持续增加，混凝土的相关性质会发生变化，如强度降低、吸水率上升，而其他影响并未发现。Madani Bederina，Michele Queneudec等人按照阿尔及利亚的工程情形，将当地产的河砂和沙漠砂混合起来作为细骨料，并对不同外加填料的掺入对混凝土性能的影响进行深入研究。研究中取用具有相对平均细度的河沙（细度模数为2.45）和密实且细度最细（细度模数为1.18）的沙丘砂，二者混合后的混合砂达到了最好的密实性（细度模数为2.28），应用混合砂配制混凝土能够达到最好的性能。为了进一步改善混凝土的性能，研究人员对掺入木质填料和石灰石填料对混凝土性能的影响分别进行研究，发现石灰石可以有效提高混凝土的密实性，其对和易性和强度的影响也十分显著。将木质的填料加入混凝土拌合物，在硬化后会产生特殊的性能，如热性能、隔音性能；另外，木质的填料还可以使吸水率降低，避免混凝土收缩严重。L. Evangelista，J. de Brito提出将可再生混凝土作为细骨料循环配制混凝土，并针对可再生混凝土配制的混凝土的流变性能进行专门的研究，对其力学性能也进行了试验研究与分析。辛格提出用废铸造砂取代细骨料砂配制混凝土，开辟了细骨料替代材料研究的新领域，并测定此种混凝土的工作能力，对其强度、超声脉冲速度和渗透性进行分析。

3 特细砂研究前景展望

目前，研究人员对特细砂在建筑材料的原材料阶段的认识还不够完善和系统，因此，需要研究其对实际工程的实用价值，利用各种手段改良特细砂混凝土、砂浆的性能，以最大限度地抑制其劣势，充分发挥其工程性能优势，从而达到经济和社会效益的双赢。此外，无论是特细砂混凝土工程还是特细砂砂浆工程，在实际施工中都缺少一套统一的应用标准，需要更为深入系统的研究及更为大量全面的试验，以取得特细砂混凝土及砂浆配比应用的一般规律，从而制定出普遍适用的规范标准。需要指出的是，对特细砂的研究需要跳出建筑原材料的框框，将其引入其他应用领域，以寻求特细砂研究的多元化发展与利用。

参考文献

[1] 韩建宏，娄宗科.特细砂混凝土的力学性能及抗渗性能研究[J].人民黄河，2010，32（5）：125-127.

[2] 和郁.浅析配比参数对泵送特细砂混凝土压力泌水率的影响[J].陕西水利，2009（5）：69-70.

[3] 马红娜，娄宗科，王海娟.水工特细砂泵送混凝土力学特性试验研究[J].混凝土，2009（7）：85-86.

[4] A.KRONLOF.Effect of very fine aggregate on concrete strength[J].Materials and Structures，1994（27）：15-25.

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