人工砂与河砂混凝土抗裂性能定量分析

(建德市永兴混凝土有限公司 311603)

引言：人工砂的出现有效的缓解天然河砂的供给不足，然而人工砂替代天然河砂的应用效果需要进一步研究，因而本次研究针对人工砂与河砂混凝土的抗裂性能进行定量研究。

1.人工砂与河砂混凝土应用研究现状

由于河砂的过度开采，我国部分地区天然河砂资源几近枯竭，尤其杭州地区的“三江两岸”治理，当地政府严禁开采河砂，因而人工砂成为其最佳替代品涌入建筑市场。随着人工砂的应用不断普及，对人工砂与河砂性能的研究不断增多。其中，曹伟宏（2000）在其研究中指出河砂与人工砂混凝土相比，人工砂的强度明显高于河砂，倘若采取合适的配比更适于在建筑中的使用。1张映全（1995）在研究中指出人工砂与特细河砂共同应用于混凝土，可以有效提升混凝土的耐久性与更强的力学效果。2王立华（2013）在其研究中针对人工砂与河砂混凝土性能进行研究，指出人工砂所需的用水量高，因此人工砂早期的抗裂性较低；而由于人工砂具有较强的力学性能，且膨胀度低，因此在长期硬化后其性能优于河砂，更适于大型建筑工程项目。3陈建新（2013）针对人工砂在混凝土建筑中的应用效果进行研究，深入分析人工砂对混凝土的工作性能、泵送性能及抗压强度的影响及经济效益分析，通过研究得出：人工砂与河砂相比无论是泵送性还是工作性都俱佳。陈周与（2014）分别针对人工砂、混合砂以及河砂混凝土的抗压度、渗透性以及抗裂性进行对比

分析，通过对比分析得出人工砂的用水量明显较高，需要提升减水剂的用量，如果石粉使用量得当，则人工砂混凝土的抗压性与抗裂性更强。

2.实证分析

2.1 研究目的

将人工砂与河砂混凝土的相关研究进行汇总，发现人工砂与河砂相比其表面更为粗糙，石粉颗粒较小，因而其用水量显著高于河砂，用水量大必然加大混凝土开裂风险。然而在人工砂的实际应用中，由于人工砂混凝土的强度更高，因而也可以在一定程度上降低混凝土开裂风险。这是由于相关研究尚未统一，因而本次针对人工砂与河砂混凝土的抗裂性能进行定量研究。

2.2 研究设计

针对人工砂与河砂混凝土抗裂性研究，由本公司的预拌混凝土试验室进行实验，实验配比为：

表1 研究样本配比说明

在本次实验中除去减水剂的使用量，以及人工砂与河砂使用存在差异以外其他均一致。具体材料：

水泥使用规格：建德杉翔P.042.5水泥，28d强度：49.5MPa；矿粉规格：建德岩峰S95级，28d活性97%；粉煤灰：兰溪电厂F类Ⅱ级；碎石规格：5～31.5mm连续级配碎石；河砂规格：中砂Ⅱ区，细度模数2.8，含泥量1.9%，无泥块；人工砂规格（1）：砂岩为母岩，中砂Ⅱ区，细度模数3.0，石粉含量6.9%，无泥块。人工砂规格（2）：砂岩为母岩，中砂Ⅱ区，细度模数3.0，石粉含量14.6%，MB：

1.3 无泥块。外加剂为脂肪族高效减水剂。

表2 研究样本规格说明

使用混凝土早期塑性收缩测试仪将三组样本分别制作 800mm*600mm*100mm的测试模板，并依据我国工程学混凝土设计标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》对三组样本进行抗裂性检测。

2.3 结果与讨论

通过针对强度等级C30的三组样本的混凝土的抗裂性进行对比：其中C30人工砂1，石粉含量在10%以内，其裂缝的平均开裂面积、单位面积开裂数量与开裂面积，均小于其他模块，继而说明10%以内人工砂抗裂性能最佳。

表3 C30河砂、C30人工砂（1）、C30人工砂（2）抗裂性分析

编号 裂缝的平均开裂面积单位面积的开裂数量 开裂面积总和 最早开裂时间C30河砂 14.39 34.21 478.32 14:26/14：27 C30人工砂1 10.51 9.85 109.21 14:35/14:38 C30人工砂2 26.72 12.5 973.55 14:29/14：32

通过实验研究C30河砂、C30人工砂（1）、C30人工砂（2）三组样本的最早开裂时间差异较小，并无显著差别，而裂缝的平均开裂面积、单位面积的开裂数量、开裂面积总和存在显著差异，其中石粉含量低的C30人工砂（1）抗裂性表现最佳，而石粉含量高的C30人工砂（2）其抗裂性表现最差。其主要原因是由于人工砂的颗粒表面粗糙且新鲜，因而与混凝土浆体的机械咬合与粘合力俱佳，所以人工砂比河砂的强度表现更好，倘若人工砂中石粉的含量过高，就会导致外加剂被过量的石粉吸附，导致混凝土的拌和用水大量增加，继而对其抗裂性能造成极大影响，这也成为导致人工砂混凝土开裂显著的关键因素。

针对人工砂混凝土使用的建筑工程项目进行随机调研，发现大多数人工砂中石粉含量较高的工程，倘若不对其进行及时养护，将会导致混凝土结构出现早期开裂，而降低人工砂中的石粉含量则会有效改善混凝土开裂的现象。

3.结语

建筑工程中混凝土用砂量暴增，导致砂的供给严重不足，同时由于部分地区过度开采，导致河砂资源的枯竭，且质量不断下滑，因而人工砂成为河砂的最佳替代品，有效填补河砂供给量的不足。因而本次研究针对河砂与人工砂的抗裂性能进行研究。通过本次研究发现人工砂的颗粒表面粗糙且新鲜，因而与混凝土浆体的机械咬合与粘合力俱佳，所以人工砂比河砂的强度表现更好，倘若人工砂中石粉的含量过高，就会导致外加剂被石粉吸附，造成混凝土的拌和用水量增加，加快混凝土的坍落度损失，继而对其抗裂性能造成极大影响，使其表现低于河砂的抗裂性能。因而可以采取以下措施：

1.人工砂混凝土由于其初期的水分流失速度较快，因而其变形风险更大，极易产生微裂缝，所以对人工砂混凝土的配比设计应该首选抗裂性能表现极佳且收缩小的人工砂混凝土配比，其中石粉含量成为关键因素，在本次研究中石粉含量过大则会影响人工砂混凝土的抗裂性，因而将人工砂的石粉含量控制在 10%以内，不但可以确保无显著的收缩，且抗裂性表现最佳，而含量在 16%以上，其收缩值显著增大。因而人工砂的石粉含量应该控制在10%以内。

2.通常外加剂与水泥混凝土体系存在适应性问题，其中外加剂与胶凝材料、人工砂中石粉和含泥量的适应性问题最为突出。 外加剂适应性不太好时， 人工砂混凝土的工作性能和坍落度损失都很难控制， 因此使用人工砂时要选用适应性好的外加剂。

[1]曹伟宏，苏庆国，游汉柱.远距离高泵程机制砂混凝土泵送施工技术[J].铁道标准设计，2000,20.

[2]张映全.在混凝土中掺石屑提高抗渗抗冻性能的力法[J].建筑技术，1995.10

[3]王立华.人工砂高性能混凝土研究[J].混凝土.2013.11