南黄地区河砂作为混凝土骨料的适宜性分析

汪子杰，张德明，徐晓慧，徐伟祥

(1.山东省第四地质矿产勘查院，山东 潍坊 261021；2.山东省地矿局海岸带地质环境保护重点实验室，山东 潍坊 261021)

混凝土细骨料是指粒径在0.15～4.75mm之间的岩石颗粒，目前细骨料主要采用天然砂和人工砂[1]。随着日益增长的建筑市场需求，天然骨料供需不平衡的现象越来越严重[2]。本文通过对山东乳山市西部南黄一带黄垒河河砂的调查、采样及试验测试、分析等，对该地区天然河砂进行了质量分析，并对其用于混凝土天然细骨料的可行性进行了评价。

1 地质特征

乳山市境内黄垒河北起牟平水道，南至黄海，流经巫山、下初、冯家、南黄等地，由多个支流组成，总长约75km，宽100～240m不等。河砂沿现代河流带状分布，可采厚度1.5～4m，上游河砂薄而粒度偏粗，下游河砂厚而粒度相对变细，河床中心偏粗，而两侧偏细。

南黄一带的黄垒河为现代河床，雨季有少量流水，无树木庄稼等覆盖，开采条件相对较好。该处河道宽约120m，长约2km，平均可采厚度约3.0m。砂为长石石英砂，现正在小规模开采。

1.1 地层

地层主要为第四纪临沂组和沂河组。临沂组主要分布于河流两侧冲积平原上，厚度一般小于10m，为一套灰黄色粉砂质粘土、含细砂粘土质粉砂、粗粒砂，为河流冲积相沉积。沂河组分布于河床中，为现代河床、低河漫滩相沉积，厚度3～6m，岩性主要为灰黄色砂砾层、混粒砂、土黄色粘土质细砂、粘土质粉砂。

河砂主要赋存于第四系沂河组中，河砂成因为河流沉积成因，形成时代为新生代。

1.2 岩浆岩

黄垒河两岸基岩主要分布有新元古代荣成序列邱家单元细粒二长花岗质片麻岩、中生代玲珑序列北黄单元细粒二长花岗岩、九曲单元弱片麻状细中粒含石榴二长花岗岩、郭家店单元中粗粒二长花岗岩[3](图1)，岩性以二长花岗岩为主，野外观察特征呈灰白色—肉红色，岩石结构呈细粒花岗结构，具块状构造，矿物粒径以1～2mm为主。这些岩石为河砂提供了丰富的物质来源。

图1 南黄地区区域地质简图

2 岩石学特征

2.1 矿物成分

河砂由岩屑35%～40%，石英25%～30%，长石30%～35%、少量帘石(3%～5%)、黑云母(2%～3%)、角闪石(1%～2%)、辉石(0.5%～1%)组成。

岩屑主要由花岗岩75%、花岗斑岩25%组成。花岗岩呈次圆状，由长石60%、石英30%及少量黑云母、角闪石5%～10%组成[4]，有不同程度的风化、铁染，其中石英颗粒约20%具波状消光(图2a)。花岗斑岩，具斑状结构，由斑晶25%～30%和基质70%～75%组成，斑晶主要是钾长石，基质由微粒长石70%和石英30%组成，局部细粒长石和石英形成显微文象结构，石英呈尖棱形、象形文字等形状，镶嵌在钾长石中，部分石英为微晶状，粒径0.02～0.07mm(图2b)。石英：次棱角—次圆状，消光正常，该类砂不具碱硅活性。长石多为钾长石和少量斜长石，大部分颗粒有泥化、绢云母化和铁染。

图2 河砂(a)及暗色矿物(b)镜下显微特征(+)×35

2.2 化学成分

经室内化学分析，河砂的化学成分主要为：SiO274.10%、Al2O313.30%、Fe2O31.71%、MgO 0.83%、CaO 1.19%、SO30.01%。

3 砂的质量要求试验

3.1 样品测试项目

共采集河砂样品2件，检测指标主要有物理性能、筛分析试验、碱活性等[5]。各项测试方法均严格按照JGJ52—2006《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》进行[6]。

3.2 试验结果

3.2.1 物理性能

检测指标：含泥量、泥块含量、SO3含量、氯离子含量、颗粒级配、细度模数、表观密度、紧密密度、云母含量、轻物质含量、有机物含量等(表1)[7]。乳山南黄地区黄垒河河砂相对密度2.61×103kg/m3，容重1 430～1 540kg/m3(松散—紧密)，空隙率41.1%～45.5%(紧密—松散)，泥污含量0.77%，吸水率1.19%，砾石(＞1cm)含量0.95%，有机质含量甚微，颜色浅于标准色[8-9]。河砂坚固性为0.5%，压碎值为12%[10]。

表1 物理性能检测结果

3.2.2 筛分析试验

河砂细度模数为2.28，颗粒级配区属为Ⅱ区(表2)，为良好级配区[11]。

表2 筛分析检测结果

3.2.3 碱硅活性试验

岩相法测试结果表明，河砂中的岩屑砂(35%～40%)，主要为花岗岩和花岗斑岩[12]，其中花岗岩中约含有30%的石英矿物，具潜在碱硅活性[13]；花岗斑岩中基质约占70%，基质中石英具潜在碱硅活性[14]。因此综合判定该河砂具潜在碱硅活性。

为进一步查明河砂的碱硅活性，利用了快速法进行碱活性测试[15]。测试结果表明：乳山南黄地区黄垒河河砂经14d的综合膨胀率为0.074%(＜0.01%)，判定其不具碱硅活性，为非碱硅活性集料[16]。

4 工业利用性能评价

从各项试验测试结果可以看出，乳山南黄地区黄垒河河砂质量较好，颗粒级配区域为Ⅱ区[17]，细度模数为中砂，各项指标均显示其较适宜于配制混凝土[18]。现将该区河砂测试结果与JGJ52-2006中规定的各项含量指标对比如下(表3)。

表3 河砂检测结果与JGJ52-2006规定指标值对照表

乳山南黄地区黄垒河河砂的形成时代为第四纪全新统，为河流冲积成因，其出露良好，层位产出稳定，岩性单一，均以中砂为主，基本不含杂质。河砂沿河床两侧分布，延伸较广。开采条件较好，河砂堆积处现为荒滩，无树木庄稼等覆盖，无基本农田，有少量的灌木，开采条件简单。

该地区现存在一处小型采砂场，位于黄垒河的西侧，主要开采原始河砂，经简单水洗后出售。河砂经简单加工后可直接制成不同粒级的天然砂，加工技术条件简单。

5 结论和建议

5.1 结论

通过本次调查及试验测试分析，认为乳山南黄地区黄垒河河砂质量较好，所测各项指标完全可以满足C60混凝土的技术要求，可用于制备混凝土天然细骨料[19]，且该地区河砂储量规模较大，开采条件及加工技术条件简单，较适宜于露天开采，下一步可进行合理规划利用，服务于当地经济社会发展。

5.2 建议

乳山南黄地区黄垒河河砂质量较好，较适宜于制作C60以上混凝土细骨料，为促进当地经济社会发展，应进一步进行地质勘查工作，核实河砂储量规模。

河砂为可再生资源，通常由岩石经过风化、流水冲刷、搬运等方式形成，但是其再生速度非常慢，因此不能盲目开采，大规模开采易造成水土流失[20]。同时，应注重绿色开采，合理利用河砂，加强生态环境保护，坚持绿水青山就是金山银山的发展理念。