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國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14684?2001《建筑用砂》已于2002年2月1日起實(shí)施。新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)保證在“十五”期間滿足我國(guó)建設(shè)所需用砂的數(shù)量和質(zhì)量、充分利用資源、保護(hù)環(huán)境,以及規(guī)范建筑砂石市場(chǎng)將起到積極作用。

新國(guó)標(biāo)是在GB/T14684?1993基礎(chǔ)上修訂的,修訂首要的內(nèi)容是增加了人工砂為建設(shè)用砂之一,確定了人工砂的定義、技術(shù)要求、檢驗(yàn)方法。人工砂將廣泛進(jìn)入我國(guó)建筑領(lǐng)域砂，但現(xiàn)在，除了少數(shù)地區(qū)和部門對(duì)人工砂有所了解外,大多數(shù)地區(qū)和行業(yè)對(duì)人工砂還很陌生。為使對(duì)人工砂有比較深入的了解和正確生產(chǎn)、使用好人工砂,筆者談一些體會(huì)。

人工砂進(jìn)入建筑市場(chǎng)是建設(shè)市場(chǎng)形勢(shì)發(fā)展的需要

隨著改革開(kāi)放的深入發(fā)展,砂石業(yè)同其它建材行業(yè)一樣發(fā)展很快。我國(guó)砂石年產(chǎn)量由改革前6億多噸增加到15億噸,其中,砂約6億噸。目前我國(guó)大多數(shù)地區(qū)應(yīng)用的砂是天然砂,天然砂資源是一種地方資源,是短時(shí)內(nèi)和長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)?隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展,在我國(guó)不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、甚無(wú)天然砂的情況,混凝土用砂供需矛盾尤為突出,而砂的價(jià)格越來(lái)越高,在有些地區(qū)高達(dá)110元/噸,用砂高峰時(shí)還無(wú)砂可用,影響了工程建設(shè)的進(jìn)展。

隨著混凝土技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代混凝土對(duì)砂的技術(shù)要求則越來(lái)越高,特別是高強(qiáng)度等級(jí)和高性能混凝土對(duì)骨料的要求很嚴(yán),能滿足其要求的天然砂數(shù)量越來(lái)越少,甚沒(méi)有。

環(huán)境保護(hù)的需要

由于砂資源短缺,價(jià)格上漲,在經(jīng)濟(jì)利益的驅(qū)使下,在我國(guó)很多地區(qū)都出現(xiàn)了濫采亂挖天然砂的情況,特別在前幾年,毀田挖砂、破壞河道挖砂的情況比比皆是,不但破壞了有限的耕地、防洪堤壩,并由此引發(fā)了不少工程事故。另外,由于天然砂的無(wú)序生產(chǎn),在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中還造成對(duì)空氣和環(huán)境的污染,國(guó)務(wù)院和各地人民政府不得不相繼出臺(tái)了禁采或限采天然砂的規(guī)定。

我國(guó)有大量的金屬礦和非金屬礦,在采礦和加工過(guò)程中伴隨產(chǎn)生約20%的尾礦,有相當(dāng)尾礦沒(méi)有合理利用,已約有上百億噸的尾礦堆積,占用大量用地,造成環(huán)境污染。如果經(jīng)過(guò)適當(dāng)分選與加工,不少尾礦可以制成人工砂,既解決了環(huán)境污染問(wèn)題,又提高了資源利用率,形成綜合效益。

發(fā)展的條件已經(jīng)成熟

從20世紀(jì)60年代起,因?yàn)橐恍┙ㄔO(shè)工程的環(huán)境條件所限,我國(guó)水電、建筑部門開(kāi)始用當(dāng)?shù)厥倪M(jìn)行機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝、技術(shù)性能、應(yīng)用于混凝土和砂漿的研究,并開(kāi)始在工程上使用。從70年代起,貴州省已在建筑上大規(guī)模使用機(jī)制砂,并制定了地方標(biāo)準(zhǔn)。以后,云南、河南也相繼出臺(tái)了人工砂地方標(biāo)準(zhǔn)或使用規(guī)程。90年代以來(lái),北京、天津、上海、重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生產(chǎn)線,并進(jìn)行人工砂的使用研究。幾十年大量的工程實(shí)踐,證明了使用人工砂在經(jīng)濟(jì)上是合理的,技術(shù)上是成熟的。國(guó)外,美、英、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家使用人工砂也有幾十年的歷史,將人工砂納入其國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間少30年以上。

目前,國(guó)內(nèi)工藝成熟的人工砂生產(chǎn)線已有多條,生產(chǎn)人工砂的設(shè)備與技術(shù)完全具備,國(guó)內(nèi)外有不同的品牌、型號(hào)的制砂設(shè)備可供選擇。因此,發(fā)展人工砂勢(shì)在必行。

根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定,凡經(jīng)除土處理的機(jī)制砂、混合砂都統(tǒng)稱為人工砂

機(jī)制砂的自身主要特點(diǎn)是:目前基本為中粗砂、可調(diào),含有一定量的石粉,除150微米的篩余有所增加外,其余篩余均能滿足標(biāo)準(zhǔn)天然砂1區(qū)、2區(qū)要求,粒型多呈三角體或方矩體,表面粗糙,棱角尖銳。但由于全國(guó)各地機(jī)制砂的生產(chǎn)礦源的不同、生產(chǎn)加工機(jī)制砂的設(shè)備和工藝不同,生產(chǎn)出機(jī)制砂粒型和級(jí)配可能會(huì)有很大的區(qū)別,但機(jī)制砂的粒型和級(jí)配都是可以調(diào)整和改進(jìn)的,在這一點(diǎn)上,機(jī)制砂與天然砂有著很大的區(qū)別。

由人工砂本身的特點(diǎn)所決定,與條件相同天然砂相比,在配比設(shè)計(jì)、其它材料、成型養(yǎng)護(hù)條件都相同的情況下,用人工砂配置出混凝土的特點(diǎn)是:塌落度減小,混凝土28天標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度提高;如保持塌落度不變,則需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比變大后,一般情況下,混凝土實(shí)測(cè)強(qiáng)度并不降低。按天然砂的規(guī)律乾地混凝土配比設(shè)計(jì),人工砂的需水量大,和易性稍差,易產(chǎn)生泌水,特別在水泥用量少的低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中表現(xiàn)明顯;而如果根據(jù)人工砂的特點(diǎn)進(jìn)行混凝土配比設(shè)計(jì),通過(guò)合理利用人工砂中的石粉、調(diào)整人工砂的砂率,是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設(shè)計(jì)規(guī)程的配比設(shè)計(jì)方法完全適用于人工砂。正確使用人工砂的混凝土密實(shí)度大、抗?jié)B、抗?jié){性能好,其它物理力學(xué)性能和長(zhǎng)期耐久性均能達(dá)到設(shè)計(jì)使用要求。人工砂特別適合于配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。

目前,我國(guó)較大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程實(shí)踐中,人工砂配制出了從C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土,泵送高度達(dá)400米;配制出跨度達(dá)64米的預(yù)應(yīng)力混凝土梁。在試驗(yàn)室設(shè)計(jì)強(qiáng)度C100的混凝土90天實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到155兆帕。人工砂可以廣泛應(yīng)用在混凝土、砂漿和制品中。

在使用和生產(chǎn)人工砂過(guò)程,如何認(rèn)識(shí)和利用石粉顯得十分重要

這里所稱的石粉,不是一般碎石生產(chǎn)企業(yè)所稱的“石粉”、“石沫”(那是生產(chǎn)碎石的尾礦,一般為粒徑小于5毫米的混合物,實(shí)際是人工砂的級(jí)配范疇)。標(biāo)準(zhǔn)石粉的定義是:加工前經(jīng)除土處理,加工后形成粒徑小于75微米,其礦物組成和化學(xué)成分與被加工母巖相同的物質(zhì)。雖同是小于75微米的顆粒,但石粉與天然砂中的泥成分不同、粒徑分布不同,在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥對(duì)混凝土是有害的,必須嚴(yán)格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對(duì)混凝土是有益的,有適量石粉的存在,彌補(bǔ)了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同時(shí),它的摻入對(duì)完善混凝土特細(xì)骨料的級(jí)配(在這一點(diǎn)上,天然砂由于其生產(chǎn)工藝的限制,其特細(xì)級(jí)配部分是不完善的),提高混凝土密實(shí)性都有益處,進(jìn)而起到提高混凝土綜合性能的作用。

為防止人工砂的開(kāi)采、加工過(guò)程中因各種因素?fù)饺脒^(guò)量的泥土,而這又是目測(cè)和傳統(tǒng)含泥量試驗(yàn)所不能區(qū)分的,新標(biāo)準(zhǔn)特別規(guī)定了測(cè)人工砂石粉含量必須先進(jìn)行亞甲藍(lán)值的檢驗(yàn)或快速檢驗(yàn),這樣避免了因人工砂石粉中泥土含量過(guò)高而給混凝土帶來(lái)的負(fù)作用。

在新國(guó)標(biāo)實(shí)施以前,不少人工砂生產(chǎn)企業(yè)常用水洗的辦法控制人工砂中石粉的含量,結(jié)果既浪費(fèi)了資源,又形成了新的污染。新國(guó)標(biāo)實(shí)施后,對(duì)人工砂中的石粉有了明確的要求和試驗(yàn)方法,因此,在人工砂的生產(chǎn)過(guò)程中宜把除土處理放在原料加工前進(jìn)行,加工后盡量保留和利用人工砂的石粉,除了分級(jí)利用石粉外,還可以用一定的裝置將石粉收集起來(lái)用在其它方面,提高產(chǎn)品附加值。

我國(guó)幅員遼闊,全國(guó)各地的人工砂因礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備等不同,其顆粒形狀、粒級(jí)分布、石粉含量等會(huì)有不小的差別,但只要人工砂的質(zhì)量完全達(dá)到國(guó)標(biāo)的技術(shù)要求,無(wú)論人工砂的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備如何,可以使用。相反,人工砂的質(zhì)量達(dá)不到新國(guó)標(biāo)的技術(shù)要求,再好的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備生產(chǎn)的人工砂也不能應(yīng)用。使用者應(yīng)要求人工砂生產(chǎn)企業(yè)改進(jìn)質(zhì)量,人工砂生產(chǎn)者也完全可以改進(jìn)并達(dá)到新國(guó)標(biāo)的質(zhì)量要求,這是人工砂比天然砂有質(zhì)量保證的一個(gè)優(yōu)勢(shì)。全國(guó)天然砂的質(zhì)量區(qū)別不大,使用者一般都有經(jīng)驗(yàn),而人工砂質(zhì)量區(qū)別較大,使用者缺乏經(jīng)驗(yàn),只要嚴(yán)格按新標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn),使用人工砂是完全可以保證工程質(zhì)量的。

目前,砂質(zhì)量的控制全靠使用單位進(jìn)場(chǎng)后的試驗(yàn),建筑用砂的技術(shù)和質(zhì)量的責(zé)任幾乎全落在了使用者的身上,這種控制實(shí)際上非常被動(dòng)和無(wú)奈,由此導(dǎo)致了一些工程事故的發(fā)生。究其原因,主要是天然砂生產(chǎn)方式和生產(chǎn)者的素質(zhì)所決定。而人工砂的生產(chǎn)則與天然砂有了根本的區(qū)別,人工砂生產(chǎn)無(wú)論規(guī)模大小,總要在固定的生產(chǎn)場(chǎng)地、生產(chǎn)工藝和設(shè)備,其產(chǎn)品的質(zhì)量是完全可以控制和穩(wěn)定的,因此,提高人工砂生產(chǎn)者的素質(zhì)、提高對(duì)人工砂生產(chǎn)企業(yè)的要求是必要和可能實(shí)現(xiàn)的。雖然目前大多數(shù)建筑用砂生產(chǎn)廠家從來(lái)沒(méi)有提供過(guò)砂產(chǎn)品合格證,但新國(guó)標(biāo)還是明確提出了要生產(chǎn)企業(yè)提供產(chǎn)品合格證這一要求。尤其是人工砂的生產(chǎn)和使用者都應(yīng)堅(jiān)持執(zhí)行新標(biāo)準(zhǔn)中的這一規(guī)定,使建筑用砂質(zhì)量得到有效的保障和提高,工程質(zhì)量也進(jìn)一步得到保證和落實(shí)。