新型建设用砂--人工砂
国家标准GB/T14684/2001《建筑用砂》已于2002年2月1日起实施。新标准的实施对保证在“十五”期间满足我国建设所需用砂的数量和质量、充分利用资源、保护环境,以及规范建筑砂石市场将起到积极作用。
　　新国标是在GB/T14684?1993基础上修订的,修订首要的内容就是增加了人工砂为建设用砂之一,确定了人工砂的定义、技术要求、检验方法。今后,人工砂将作为建设用砂的重要来源跻身于建材市常在我国,除了少数地区和部门对人工砂有所了解外,大多数地区和行业对人工砂还很陌生。为使对人工砂有比较深入的了解和正确生产、使用好人工砂,笔者谈一些体会。
　　首先,人工砂进入建筑市场是建设市场形势发展的需要。随着改革开放的深入发展,砂石业同其它建材行业一样发展很快。我国砂石年产量由改革前6亿多吨增加到15亿吨,其中,砂约6亿吨。目前我国大多数地区应用的砂是天然砂,天然砂资源是一种地方资源,是短时内不可再生和长距离运输的,随着基本建设的日益发展,在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、甚至无天然砂的情况,混凝土用砂供需矛盾尤为突出,而砂的价格越来越高,在有些地区高达110元/吨,用砂高峰时还无砂可用,影响了工程建设的进展。
　　随着混凝土技术的迅速发展,现代混凝土对砂的技术要求则越来越高,特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严,能满足其要求的天然砂数量越来越少,甚至没有。
　　其次是环境保护的需要。由于砂资源短缺,价格上涨,在经济利益的驱使下,在我国很多地区都出现了滥采乱挖天然砂的情况,特别在前几年,毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比比皆是,不但破坏了有限的耕地、防洪堤坝,并由此引发了不少工程事故。另外,由于天然砂的无序生产,在生产、储存和运输过程中还造成对空气和环境的污染,国务院和各地人民政府不得不相继出台了禁采或限采天然砂的规定。
　　我国有大量的金属矿和非金属矿,在采矿和加工过程中伴随产生约20%的尾矿,有相当尾矿没有合理利用,已约有上百亿吨的尾矿堆积,占用大量用地,造成环境污染。如果经过适当分选与加工,不少尾矿就可以制成人工砂,既解决了环境污染问题,又提高了资源利用率,形成综合效益。
　　三是发展的条件已经成熟从20世纪60年代起,因为一些建设工程的环境条件所限,我国水电、建筑部门就开始用当地石材进行机制砂的生产工艺、技术性能、应用于混凝土和砂浆的研究,并开始在工程上使用。从70年代起,贵州省已在建筑上大规模使用机制山砂,并制定了地方标准。以后,云南、河南也相继出台了人工砂地方标准或使用规程。90年代以来,北京、天津、上海、重庆、广东、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生产线,并进行人工砂的使用研究。几十年大量的工程实践,证明了使用人工砂在经济上是合理的,技术上是成熟的。国外,美、英、日等工业发达国家使用人工砂也有几十年的历史,将人工砂纳入其国家标准的时间至少30年以上。
　　目前,国内工艺成熟的人工砂生产线已有多条,生产人工砂的设备与技术完全具备,国内外有不同的品牌、型号的制砂设备可供选择。因此,发展人工砂势在必行。
　　根据国标规定,凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。
　　机制砂的自身主要特点是:目前基本为中粗砂、可调,含有一定量的石粉,除150微米的筛余有所增加外,其余筛余均能满足标准天然砂1区、2区要求,粒型多呈三角体或方矩体,表面粗糙,棱角尖锐。但由于全国各地机制砂的生产矿源的不同、生产加工机制砂的设备和工艺不同,生产出机制砂粒型和级配可能会有很大的区别,但机制砂的粒型和级配都是可以调整和改进的,在这一点上,人工砂于天然砂有着本质的区别。
　　由人工砂本身的特点所决定,与条件相同天然砂相比,在配比设计、其它材料、成型养护条件都相同的情况下,用人工砂配置出混凝土的特点是:塌落度减小,混凝土28天标准强度提高;如保持塌落度不变,则需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比变大后,一般情况下,混凝土实测强度并不降低。按天然砂的规律乾地混凝土配比设计,人工砂的需水量大,和易性稍差,易产生泌水,特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显;而如果根据人工砂的特点进行混凝土配比设计,通过合理利用人工砂中的石粉、调整人工砂的砂率,是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比设计规程的配比设计方法完全适用于人工砂。正确使用人工砂的混凝土密实度大、抗渗、抗浆性能好,其它物理力学性能和长期耐久性均能达到设计使用要求。人工砂特别适合于配制高强度等级混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
　　目前,我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程实践中,人工砂配制出了从C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土,泵送最大高度达400米;配制出跨度达64米的预应力混凝土梁。在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155兆帕。人工砂可以广泛应用在混凝土、砂浆和制品中。
　　在使用和生产人工砂过程,如何认识和利用石粉显得十分重要。
　　这里所称的石粉,不是一般碎石生产企业所称的“石粉”、“石沫”(那是生产碎石的尾矿,一般为粒径小于5毫米的混合物,实际是人工砂的级配范畴)。标准石粉的定义是:加工前经除土处理,加工后形成粒径小于75微米,其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的物质。虽同是小于75微米的颗粒,但石粉与天然砂中的泥成分不同、粒径分布不同,在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥对混凝土是有害的,必须严格控制其含量。而人工砂中适量的石粉对混凝土是有益的,有适量石粉的存在,弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同时,它的掺入对完善混凝土特细骨料的级配(在这一点上,天然砂由于其生产工艺的限制,其特细级配部分是不完善的),提高混凝土密实性都有益处,进而起到提高混凝土综合性能的作用。
　　为防止人工砂的开采、加工过程中因各种因素掺入过量的泥土,而这又是目测和传统含泥量试验所不能区分的,新标准特别规定了测人工砂石粉含量必须先进行亚甲蓝MB值的检验或快速检验,这样就避免了因人工砂石粉中泥土含量过高而给混凝土带来的负作用。
　　在新国标实施以前,不少人工砂生产企业常用水洗的办法控制人工砂中石粉的含量,结果既浪费了资源,又形成了新的污染。新国标实施后,对人工砂中的石粉有了明确的要求和试验方法,因此,在人工砂的生产过程中宜把除土处理放在原料加工前进行,加工后尽量保留和利用人工砂的石粉,除了分级利用石粉外,还可以用一定的装置将石粉收集起来用在其它方面,提高产品附加值。
　　我国幅员辽阔,全国各地的人工砂因矿产原料、加工工艺、加工设备等不同,其颗粒形状、粒级分布、石粉含量等会有不小的差别,但只要人工砂的质量完全达到国标的技术要求,无论人工砂的矿产原料、加工工艺、加工设备如何,就可以使用。相反,人工砂的质量达不到新国标的技术要求,再好的矿产原料、加工工艺、加工设备生产的人工砂也不能应用。使用者应要求人工砂生产企业改进质量,人工砂生产者也完全可以改进并达到新国标的质量要求,这就是人工砂比天然砂有质量保证的一个优势。全国天然砂的质量区别不大,使用者一般都有经验,而人工砂质量区别较大,使用者缺乏经验,只要严格按新标准各项规定进行检验,使用人工砂是完全可以保证工程质量的。
　　目前,砂质量的控制全靠使用单位进场后的试验,建筑用砂的质量责任几乎全落在了使用者的身上,这种控制实际上非常被动和无奈,由此导致了一些工程事故的发生。究其原因,主要是天然砂生产方式和生产者的素质所决定。而人工砂的生产则与天然砂有了根本的区别,人工砂生产无论规模大小,总要在固定的生产场地、生产工艺和设备,其产品的质量是完全可以控制和稳定的,因此,提高人工砂生产者的素质、提高对人工砂生产企业的要求是必要和可能实现的。虽然目前大多数建筑用砂生产厂家从来没有提供过砂产品合格证,但新国标还是明确提出了要生产企业提供产品合格证这一要求。尤其是人工砂的生产和使用者都应坚持执行新标准中的这一规定,使建筑用砂质量得到有效的保障和提高,工程质量也就进一步得到保证和落实。

人工砂新型建设用砂
摘要：本文综述了人工砂的产生背景、定义、分类、产品特点、应用范围、生产和使用应注意的若干问题，有助于对人工砂的认识和了解。
　　关键词：人工砂 建设用砂 混凝土
　　一、前言
　　国家标准GB/T14684—2001《建筑用砂》由国家质量监督检验检疫总局于2001年7月13日发布，2002年2月1日起实施。新标准的实施对保证在“十五”期间满足我国建设所需用砂的数量和质量、充分利用资源、保护环境，以及规范建筑砂石市场将起到积极作用。
　　GB/T14684——2001《建筑用砂》是在GB/T14684—1993基础上修订的，修订首要的内容就是增加了人工砂为建设用砂之一，确定了人工砂的定义、技术要求、检验方法。今后，人工砂将作为建设用砂的重要来源剂身于建材市场。在我国，除了少数地区和部门对人工砂有所了解外，大多数地区和行业对人工砂还很陌生。为了使大家对人工砂有比较深入的了解和正确生产，使用好人工砂，根据笔者对人工砂的研究和在修订、宣贯新标准时对大家所提有关人工砂问题的理解和体会，特定本文，希望能“抛砖引玉”，使这一新型材料在全国正式推出一开始就能得到健康有序的发展。
　　二、人工砂出台的背景
　　1、建筑市场形势发展的需要。
　　随着改革开放的深入发展，砂石业同其它建材行业一样发展很快。我国砂石年产量由改革前6亿多吨增加到15亿吨。其中，砂约6亿吨。目前我国大多数地区应用的砂是天然砂，天然砂资源是一种地方随着基本建设的日益发展，在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、甚至无天然砂的情况，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，而砂的技术要求则起来越高，特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严，能满足其要求的天然砂数量越来越少，甚至没有。
2、环境保护的需要
　　由于砂资源短缺，价格上涨，在经济利益的驱使下，在我国很多地区出现了乱砍滥挖天然砂的情况，特别在前几年，毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比目皆是，不但破坏了有限的耕地、防洪堤坝，并由此引发了不少工程事故，另外，由于天然砂的无序生产，对生产、贮存和运输过程中还造成对空气和环境的污染，国务院和各地人民政府不得不相继出台了禁采或限采天然砂的规定，例如，从2002年开始，整个长江采砂量控制在每年5000万吨。北京市376家砂石企业减为151家。
　　我国有大量的金属矿和非金属矿，在采矿和加工过程中伴随产生约20%的尾矿，有相当尾矿没有合理利用，已约有上百亿吨的尾矿大量堆积，占用土地，造成环境污染，而如果经过适当分选与加东少尾矿就可以制成人工砂，既解决了环境污染问题，又提高了资源利用率，形成综合效益。
　　3、条件已经成熟
　　从20世纪60年代起，因为一些建设工程的环境条件所限，我国水电、建筑部门就开始用当地石材进行机制砂的生产工艺、技术性能和应用于混凝土和砂浆的研究，并开始在工程上使用。从70年代起，我国贵州省已在建筑上大规模使用机制出砂，并制定了地方标准。以后，云南，重庆、广东、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生产线，进行过人工砂的使用研究。几十年大量的工程实践，证明了使用人工砂在经济上是合理的，技术上是成熟的。国外，美、英、日等工业已达国家使用人工砂也有几十年的历史，将人工砂纳入其国家标准的时间至少30年以上。
目前，国内工艺成熟的人工砂生产线已有多条，生产人工砂的设备与技术完全具备，国内、外有不同的品牌，型号的制砂设备可供选择。
　　综上所述，发展人工砂势在必行。
　　三、人工砂的定义、分类、产品特点与应用范围
　　根据国标规定，凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。具体机制砂的定义是：由机械破碎、筛分制砀，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩，风化岩石的颗粒，混合砂的定义是：由机制砂和天然砂混合制成的砂。这里，混合物砂没有规定混合比例，只要求能满足混凝土各项性能的需要。但必须指出，一旦使用混合砂，无论天然砂的比例占多大，都应当执行人工砂的技术要求和检验方法。
　　机制砂的自身主要特点是；目前基本为中粗砂，细度模数在2.6—3.6之浊，颗粒级配稳定、可调，含有一定量的石粉，除150m的筛余有所增加外，其余筛余均多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐。但由于全国各地机制砂的生产矿源的不同、生产加工机制砂的设备和工艺不同，生产出机制砂粒型和级配可能会有很大的区别，比如，有些机制砂片状颗粒较多，有些机制砂的颗粒级配为两头大中间小，但只要能满足国标中对人工砂的全部技术指标，就可以在混凝土和砂浆中使用。达不到国标人工砂技术要求的，不能造就使用，因为机制砂的粒型和级配都是可以调整和改进的，在这一点上，人工砂于天然砂有着本质的区别。混合砂随机制砂的掺入比例而降低其上述特点。
由人工砂本身的特点所决定，与条件相同天然砂相比，在配比设计、其它材料成型养护条件都相同的情况下，用人工砂配置出混凝土的特点是：坍落度减小，混凝土28d标准强度提高；如保持坍落度不变，则需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比变大后，一般情况下，混凝土实测强度并不降低。按天然砂的规律进行混凝土配比设计，人工砂的需水量大，和易性稍差，易产生泌水，特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显；而如果根据人工砂的特点进行混凝土配比设计，通过合理利用人工砂中的石粉、调整人工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比设计规程的配比设计方法完全适用于人工砂。最适合配制混凝土的人工砂细度模数为2.6-3.0，级配为2区。人工砂在配制填加外加剂的混凝土时，对外加剂的反应比天然砂敏感。人工砂配制的高强度泵送混凝土在泵送过程中不易堵泵。正确使用人工砂的混凝土密实度大、抗渗、抗冻性能好，其它物理力学性能和长期耐久性均能达到设计使用要求。人工砂特别适于配制高强度等级混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
　　目前，我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程实践中，人工砂配制出了从C10—C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400m；配制出跨度达64m的预应力混凝土梁。在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155Mpa。人工砂可以广泛应用在混凝土、砂浆和制品中。
四、使用和生产人工砂应注意的若干问题
　　1、正确认识和利用石粉
　　全国多数使用单位对人工砂目前还是陌生的，特别从其外观上看，与天然砂有明显的不同。天然砂外观呈黄色，含泥量高也不易看出。而人工砂多数呈灰白色或黑色，看上去石粉很多。人工砂在生产过程中，不可避免地要产生一定量的石粉，这是正常的，也是人工砂与天然砂最明显的区别之一。这里所称的石粉，不是一般碎石生产企业所称的“石粉”“石沫”（那是生产碎石的尾矿，一般为粒径小于5mm的混合物，实际是人工砂的级配范畴。）标准石粉的定义是：加工前经除土处理，加工后形成粒径小于75μm，其矿物组成和化学成分不同、粒径分布不同、在混凝土中所起的作用亦不同。仅从细度角度讲，经测试表明，小于75μm的石粉颗粒分布主要集中在16μm以上，小于75μm泥的颗粒分布主要集中在16μm以上，小于75μm泥的颗粒颁布主要集中在16μm以下，石粉平均粒度是泥平均粒度的近4倍。天然砂中的泥对混凝土是有害的，必须严格控制其含量。而人工砂中适量的石粉对混凝土是有益的，有适量石粉的存在，弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷，同时，它的掺入对完善混凝土特细骨料的级配（在这一点上，天然砂由于其生产工艺的限制，其特细级配部分是不完善的）提高混凝土密实性都有益处，进而起到提高混凝土综合防治性能的作用。因此，在新国标中，人工砂的石粉含量根据配制混凝土的强度等级分别定为3%、5%、7%，比天然砂含泥量相对放宽2%。同时，在低强度等级混凝土的砂浆中使用人工砂，考虑到使用人工砂成熟的地区几十年的工程实践结果表明，允许根据具体使用和试验情况，由供需双方协商确定人工砂的石粉含量指标。
为防止人工砂在开采、加工过程中因各种因素掺入过量的泥土著居民，而这又是目测验和传统含泥量试验所不能区分的，新标准特别规定了测人工砂石粉含量必须先进行亚甲蓝MB值和检验或快速检验，亚甲蓝MB值的检验或快速检验。亚甲蓝MB值和检验或快速检验是专门用于检测小于75μm的物质主要是石粉还是泥土的试验方法。亚甲蓝MB值的检验或快速检验检测结果合格的人工砂石粉含量按3%、5%、7%或供需双方协商控制使用；亚甲蓝MB值的检验或快速检测结果不合格的人工砂石粉含量按1%、3%、5%（与天然砂含泥量相同）控制使用，这样就避免了因人工砂石粉中泥土含量过高而给混凝土带来的负作用。
　　在新国标实施以前，不少人工砂生产企业常用水洗的办法控制人工砂中石粉的含量，结果既浪费了资源，又形成了新的污染。新国标实施后，对人工砂中的石粉有了明确的要求和试验方法，因此，在人工砂的生产过程中宜把除土处理放在原料加工前进行，加工后尽量保留和利用人工砂的石粉，除了分级利用石粉外，还可以用一定的装置将石粉收集起来用在其它方面，提高产品附加值。
　　2、严格控制人工砂质量
　　我国幅源辽阔，全国各地的人工砂因矿产原料、加工工艺、加工设备等不同，其颗粒形状、粒级分布、石粉含量等会有不小的差别。比如，同是采石厂的尾矿石屑，目前浙江一带的石屑片状含量很高，而河北、河南的石屑颗粒形状就比较好，而从定义上说，都是人工砂。如何统一标准使全国的人工砂都能使用得好，用得放心，在标准编制过程中进行了大量的试验难工作，找出了保证使用要求的人工砂质量控制数据和方法。比如，新标准规定了人工砂采用检测压碎指标的试验方法来进行坚固性试验。压碎指标不仅能直接检验出砂的抵抗破裂的能力，防止人工砂在加工过程中产生的微裂纹影响混凝土的强度，而且，对负化软颗粒砂、针片颗粒含量高的砂甚至泥土含量大的砂都有较强的鉴定作用。因此，只要人工砂的质量完全达到机关报国标的技术要求，无论人工砂的矿产原料、加工工艺、加工设备如何，就可以使用，相反，人工砂的质量达不到新国标的技术要求，再好的矿产原料、加工工艺、加工设备生产的人工砂也不能应用。使用者应要求人工砂生产企业改进质量，人工砂生产者也完全可以改进并达到机关报国标的质量要求，这就是人工砂比天然砂有质量保证的一个优势。但如果按老习惯不讲质量要求，这也是人工砂的一个劣势，因为，全国天然砂的质量区别不大，使用者一般都有经验，而人工砂质量区别较大，使用缺乏经验。为保证人工砂的质量，新国标把人工砂的颗粒级配、石粉含量（包括亚甲蓝检验）、泥块含量和坚固性检验都定为人工砂出厂和施工现场复试的必试项目。只要严格按新标准各项规定进行检验，使用人工砂是完全可以保证工程质量的。
3、完善生产、使用者的责任制
　　目前，由于天然砂大多灵敏是集体、个体开采或经营，而且很多天然砂根本不是生产厂家提供，而是由个体分散挖掘，经营者收购售出，生产中基本无质量控制手段，因此，砂质量的控制全靠使用单位进场后的试验，建筑用砂的质量责任几乎全落在使用都身上，生产和经营者根本不承担责任，或难以让他们承担责任，这是非常不合理的。而且，这种控制实际上非常被动和无奈，代表性也很差，由此导致了一些工程事故的发生。究其原因，主要是天然砂生产方式和生产者的素质怕决定。而人工砂的生产则与天然砂有了根本的区别，人工砂生产进化论规模大小，总要有固定的生产场地、生产工艺和设备，其产品的质量是完全可以控制和稳定的，因此，提高人工砂生产者的素质、提高人工砂生产企业的要求是必要和可能实现的。虽然目前大多数建筑用砂生产厂家从来没有提供过砂产品合格证，但新国标还是明确提出了要生产企业合格证这一要求。尤其人工砂的生产和使用者都应坚持执行新标准中的这一规定，通过提供和索要产品合格证，促使人工砂企业建立质量保证体系，明确和落实生产者的产品质量保证体系，明确和落实生产者的产品质量责任，然后，再由使用者进行现场复试，使建筑用砂质量得到有效的保障和提高，工程质量也就进一步得到保证和落实。各地有关管理部门也应采取一定的措施，使人工砂的生产和使用一开始就有高起点，以带动整个砂石行业的进步。

[align=left]摘要：通过高石粉含量人工砂的优选、高石粉人工砂混凝土力学性能和干缩性能的试验研究以及与大尺寸原级配混凝土的对比分析，证明了高石粉人工砂用于混凝土工程是可行的，它能提高混凝土力学性能，改善新拌混凝土和易性，提高混凝土抗裂能力。人工砂中石粉的最优含量为左右。混凝土干缩随石粉含量增加而增大，但骨料粒径与级配、试件尺寸大小等因素能改变、抑制和减小干缩率；在工程应用中，应加强对高石粉含量人工砂混凝土的早期养护

关键词：人工砂；高石粉含量；混凝土；力学性能；干缩与自缩
人工砂作为一种新型的建筑用砂，已被正式列入国家标准［１］。天然砂的资源是有限的，其产源具有地域性，长期大量采挖会破坏生态。因此，无论是市场发展的需求还是环境保护的需要，都有必要考虑人工砂资源的利用。早在世纪年代，我国的一些行业和地区的工程建设中，已经开始使用人工砂［２］，如水利水电工程建设等。但是，多数建设单位对人工砂还较陌生，特别是人工砂在生产过程中会不可避免地产生较多石粉，这与天然砂有着显著的区别。近几年来，在高石粉含量人工砂的性能和应用方面开展了一些研究［３，４］，但是，还远不够完善。

　　本文结合棉花滩水电站建设工程中使用高石粉含量人工砂的可行性分析，进行了高石粉含量人工砂性能及应用研究，通过比较不同石粉含量的人工砂混凝土的性能，得出了最优石粉含量人工砂，并有效地改善和提高了混凝土性能，为工程建设以及拓展高石粉含量人工砂的应用提供了技术依据。棉花滩水电站混凝土工程中既有碾压混凝土，也有常态混凝土；碾压混凝土用量为４５万ｍ３，常态混凝土用量为２５万ｍ３。生产混凝土所用的砂石骨料全部采用人工轧制，其中人工砂生产系统为瑞典斯维拉达公司的机械产品，工艺为干法生产。用于制作人工砂的岩石为黑云母花岗岩，矿物成分以钾长石、斜长石和石英石为主，含少量暗色矿物及黑云母。原状人工砂细度模数在２２～２８范围内波动，石粉含量为１９％～２２％（质量分数，本文中所涉及的掺量、含量均为质量分数）。原状人工砂石粉含量多，颗粒级配不合理，其中粗颗粒（１.２５ｍｍ以上）和细颗粒（０.１６ｍｍ以下）偏多。粒径小于０.０８ｍｍ的细粉含量约占石粉总量的33%。这种人工砂较适合碾压混凝土施工，但其石粉含量高于常态混凝土的控制指标。为常态混凝土用砂的需要，同时为解决高石粉含量人工砂的出路，减少工程投资，笔者进行了高石粉含量人工砂混凝土的研究，有望为该材料的进一步推广应用提供依据。
　　试验原材料试验用水泥为三德牌４２.５普通硅酸盐水泥，各项技术指标符合技术要求；粉煤灰由嵩能粉煤灰有限公司生产，细度为１４.８％，需水量比为９８％，各项指标均符合Ⅱ级粉煤灰的技术要求，粉煤灰掺量为水泥用量的２０％粗骨料为岩石经机械破碎后制成的粒径为５～８０ｍｍ的碎石颗粒，分为小、中、大级，粗骨料级配及比例分别为一级配，包括2种，即：（1）骨料最大粒径ＤＭ＝２０ｍｍ；（２）骨料最大粒径ＤＭ＝３０ｍｍ，由三级配骨料经湿筛后得到；二级配：骨料最大粒径＝４０ｍｍ，小石与中石的质量比为４０∶６０；三级配：骨料最大粒径ＤＭ＝８０ｍｍ，小石、中石、大石的质量比为２０∶３０∶５０细骨料为高石粉含量人工砂，根据研究需要，设计并配制了石粉含量分别为２１％（原状人工砂），16%，12%以及3%等工况混凝土用的细骨料。
外加剂为ＢＤ-Ｖ型混凝土缓凝减水剂，密度１２ｇ／ｃｍ３，ｐＨ值７.０５，掺量为胶凝材料总量（水泥+粉煤灰）的０.６％。
2 试验结果及讨论
２.１石粉含量的优选
　　为了得出不同石粉含量人工砂混凝土的强度与水灰比之间的关系，并初选出较优的石粉含量，设计了7个不同的水灰比，用4种不同石粉含量的人工砂及一级配骨料（DM＝２０ｍｍ）进行混凝土配合比试验。采用标准立方体试件，标准养护２８ｄ。
　　混凝土配合比以及相应的抗压强度试验结果列于表１。由表1结果可知，在不同的水灰比下，石粉含量对混凝土强度的影响规律基本一致，随水灰比增大，混凝土强度降低。石粉含量为１６％时，其混凝土强度明显高于石粉含量为１２％的混凝土，当石粉含量增大至21%时，混凝土强度降低，但仍高于石粉含量为１２％时的强度。根据表1的结果并应用最小二乘法原理进行线性拟合，得到图1所示的混凝土强度与灰水比的关系。由图1可以看出，在石粉含量为21%的状况下，当灰水比趋向于1４（即水灰比趋向０７０）时，其强度接近石粉含量为12%的强度；当灰水比趋向于２５（即水灰比趋向０４０）时，其强度接近石粉含量16%；当灰水比等于2，即水灰比等于０５０时，其强度居于石粉含量12%与16%之间。由此可知，当水灰比大于０５０时，以石粉含量16%为较优；当水灰比小于０５０时，较优石粉含量介于１６％～２１％之间。
表1混凝土配合比及强度试验结果
　　/Mpa /mm /Mpa /mm /Mpa /mm /Mpa /mm
1 0.40 1 : 1.77 : 5.60 36.8 50 38.7 50 38.5 60
2 0.45 1 : 2.11 : 6.32 30.6 70 34.1 70 33.3 70
3 0.50 1 : 2.46 : 7.00 28.9 65 30.6 70 29.2 70 26.2 50
4 0.55 1 : 2.84 : 7.67 25.6 70 28.8 50 26.2 70 23.6 65
5 0.60 1 : 3.24 : 8.33 23.2 70 25.8 60 24.0 65
6 0.65 1 : 3.66 : 8.95 21.2 65 24.1 50 21.8 60
7 0.70 1 : 4.10 : 9.55 19.4 60 21.3 55 20.0 65

　　试验结果还表明，石粉含量为１２％时，混凝土拌和物和易性较差，保水性一般。当石粉含量为１６％时，混凝土拌和物和易性明显改善，泌水减小且易于振捣密实。这是由于石粉在拌和物中起到了非活性填充料的作用，从而增加了浆体的数量，增大了稳定性，进而改善了混凝土的和易性。当石粉含量增大到21%以上时，由于石粉含量太多，颗粒级配不合理，使混凝土密实性降低，和易性变差；粗颗粒偏少，减弱了骨架作用；非活性石粉不具有水化及胶结作用，在水泥含量不变时，过多的石粉使水泥浆强度降低，因而混凝土强度减小。

　　由混凝土强度和拌和物和易性试验结果表明，在常规水灰比状况下，石粉含量１６％为优选含量；当水灰比较小、水泥用量较多时，石粉含量可适当增大。
２.２石粉含量对混凝土力学性能的影响
２.２.１标准尺寸试件混凝土力学性能
　　考虑同一水灰比不同石粉含量、同一石粉含量不同水灰比的多种组合情况，共设计了6种组合，如表２所示。按三级配骨料设计试件，经过湿筛后成型１５０ｍｍ立方体标准试件及１００ｍｍ×１００ｍｍ×５５０ｍｍ截面内埋拉杆型轴向拉伸标准试件，试件标准养护２８ｄ。力学性能试验结果列于表2。由表2结果可知，5016和4021两种组合表现出较好的力学性能；若保持水灰比不变，只改变石粉含量，如５０１２，５０１６，５０２１三种组合，各项力学性能指标均表明石粉含量16%时为优选用量；若固定石粉含量不变，只改变水灰比，分析４０２１，５０２１，６０２１组合和５０１６，６０１６组合，则混凝土的力学性能随水灰比的减小而提高。各力学性能的变化规律基本相同。

２.２.２原级配大尺寸试件混凝土力学性能

　　为了探讨原级配大尺寸试件的尺寸效应，根据混凝土试件最小尺寸不小于3倍最大骨料粒径的原则，综合骨料最大粒径、石粉含量以及骨料粒级和试验可比性，拟定了6个试验配合比（见表３，其中试件编号中的末位数字代表粗骨料级配）。其中三级配试件尺寸分别为２５０ｍｍ×２５０ｍｍ×１４０0ｍｍ（拉伸试件）和２５０ｍｍ立方体（抗压试件）；二级配试件尺寸为１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×６００ｍｍ（拉伸试件）及１５０ｍｍ立方体（抗压试件）；一级配试件尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×５５０ｍｍ（拉伸试件）及１５０ｍｍ立方体试件（抗压试件）［５］。三级配拉伸试验采用笔者开发研制的大尺寸试件拉伸装置，通过同步油压加荷，传感器和变形计连接智能应变仪，微机控制数据采集并打印输出等组成加载测试系统。

　　试验结果见表３，由表3可知，对于相同级配的混凝土，当石粉含量为16％时，其抗压强度、抗拉强度和极限拉伸值均优于石粉含量为12%时的各项性能指标。如比较55162与55122，或55161与55121，前者的抗压强度比后者提高约5%，抗拉强度提高约12%，极限拉伸值提高约8%。显然，适当提高人工砂中的石粉含量，能有效改善混凝土的抗拉性能，提高混凝土的抗裂能力，对于防止混凝土开裂有重要意义。由表3还可看出，在相同的石粉含量条件下，混凝土的力学性能随试件尺寸的增大而降低。若以一级配（55161，55121）的试验结果为１，则三级配混凝土（55163，55123）抗压强度为0.91～0.90；抗拉强度为0.73～0.79；极限拉伸值为0.67～0.71。可见，尺寸因素对抗压强度影响较小，而对抗拉性能影响较大。

表2标准尺寸试件混凝土力学性能
　　Ratio /% /Mpa /Mpa modulus/Gpa strain×10—6
5012 0.50 12 32.5 2.38 1/13.6 35.3 83
5016 0.50 16 35.8 2.73 1/13.1 38.8 88
6016 0.60 16 30.2 2.40 1/12.6 35.1 82
4021 0.40 21 39.6 2.74 1/14.1 38.8 88
5021 0.50 21 32.7 2.47 1/13.2 34.9 85
6021 0.60 21 26.5 2.14 1/12.4 30.8 78


２.３石粉含量对混凝土干缩与自收缩性能的影响

２.３.１标准尺寸试件混凝土干缩与自收缩性能干缩试件尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×５１５ｍｍ；自收缩（以下简称自缩）试件尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ，且自缩分为有约束（在试件中埋置钢筋，配筋率0.５％）和无约束2种。干缩试验依据文献［５］进行，自缩试件在标准养护箱（温度（２０±１）℃，相对湿度９５％以上）中养护，参照干缩试验方法进行试验。干缩试验结果列于表4；自缩试验结果列于表5。

表3原级配混凝土力学性能试验结果
　　Ratio /% /Mpa /Mpa strain×10—6
55163 0.55 16 28.0 1.79 65
55162 0.55 16 29.8 1.97 85
55161 0.55 16 30.7 2.46 97
55123 0.55 12 26.3 1.73 63
55122 0.55 12 28.4 1.79 79
55121 0.55 12 29.1 2.18 89

[align=left]摘要: 研究石屑中石粉及其含量对混凝土性能影响，
并通过XRD 、TG 、SEM 技术分析了其作用机理。结果表明，石粉含量在24 % 范围内，其含量越高，混凝土强度越高，抗冻、抗渗性越好；石屑混凝土的收缩变形、碳化和钢筋锈蚀性能与普通混凝土相当。石屑中石粉的填充效应、晶核效应、活性效应、吸水效应和形态效应的共同作用，改善了石屑混凝土的性能。
关键词: 人工砂；石屑；混凝土；石粉含量；作用机理
0 　前言

研究发现，高石粉含量人工砂对混凝土也没什么不良影响。文献[3] 通过对石粉含量为12 % 、16 % 、随着人工砂研究工作的不断深入，人工砂的应用21 % 的混凝土性能进行了对比试验，得出了石粉含量技术日益成熟，但有些问题还存在争议。其中人工砂为16 % 的混凝土综合性能最优的结论。周中贵[4] 在中石粉对混凝土性能影响及其作用机理、石粉的最佳对黄丹电站工程中所用的高石粉人工砂研究后，确定含量及其上下限一直是争议较大的问题。有人认为石了最佳石粉含量为15 %～18 % 。文献[5] 的研究认粉含量应限制在较低的范围内[1，2] ，但有的通过试验为，不同岩性的石粉最佳含量虽有差异，但宜控制在 17 % ±2% 。
　　为了对人工砂中的石粉有更深入的认识，本文研究了人工砂中石粉及其含量对混凝土性能影响， 并通过XRD 、TG 和SEM 等现代分析技术揭示其作用机理。

[align=left]1 　石屑特性
　　石屑表面比河砂粗糙， 有尖锐棱角， 含有一定量粒径小于0.16mm的石粉。石屑会因产地和生产工艺的差别， 其基本物理性能和矿物组成存在差异。本研究所用石屑的基本物理性能表见1， 且将粒径小于0.16mm的颗粒含量定义为石粉含量。氮吸附法测得粒径小于0.16mm石粉的比表面积为119m2/g， 粒径小于0.08mm部分(占石粉总量的2/3) 的比表面积为2.9m2/g。

[align=left]2 　石粉对混凝土性能影响

混凝土试验按规范GBJ80O85 、GBJ81O85 、GBJ82O 85 进行， 配合比见表3 。

2.1 拌和物性能及强度

从表3 可看出，同等级混凝土在水灰比相同的条件下，由于石屑中含有24 %的石粉，导致混凝土的吸水率增大，其流动性比普通混凝土要差，但通过添加少量的减水剂便能有效改善其流动性，且比普通混凝土的保水性好、粘聚性强、泌水少，即和易性好。这主要是由于石屑中的石粉在拌和期间起到了水泥浆体的作用。此外，石屑混凝土的初凝和终凝时间均比普通混凝土略长，其密度和普通混凝土差不多，结果见表4。

从表4 还可以看出： (1) 石屑混凝土的立方体抗压强度要高于同龄期同等级普通混凝土；(2) 石屑混凝土28d的劈裂抗拉强度要高于同等级普通混凝土。

[align=left]　　此外，作者还通过正交试验研究了石粉含量5 %、15 %、24 %对混凝土强度的影响，结果表明，在24 %范围内，石粉含量越高，混凝土强度也越高[6 ] 。

[align=left]2.2 　收缩性能

图1 表明， 石屑混凝土的收缩发展规律与普通混凝土相似， 其收缩率总体来说与普通混凝土相当。石粉含量为24 %、16 %的石屑混凝土的收缩率比普通混凝土略大， 石粉含量为10 %的石屑混凝土收缩率与普通混凝土差不多， 石粉含量为24 %和16 %的石屑混凝土收缩没有明显的差异， 说明石粉含量虽对混凝土的收缩有影响， 但影响不大。

[align=left]2.3 　耐久性
　　表5 试验数据表明: 石屑混凝土的碳化和钢筋锈蚀性能与普通混凝土相当；但抗冻、抗渗性比普通混凝土好。C40 普通混凝土的抗冻等级小于D25 (25 次循环后相对动弹性模量低于60 %) ， 而石屑混凝土达到了D50 。抗冻试验都是在其相对动弹性模量低于60 %而停止的， 试件重量几乎没有损失， 且在试验过程中笔者发现， 普通混凝土在经过25 次冻融循环后有两个试件的中间出现横向可见贯穿裂缝， 而石屑混凝土没有；经过75 次循环后， 石屑混凝土外观均呈鱼鳞状， 且起皮脱落， 但C40X24 的情况比C40X16、C40X10 要好， 说明在24 %范围内， 石粉含量越高，混凝土的抗冻性可能更好。C40 普通混凝土抗渗等级为P14 ， 而C20X10 的抗渗等级也达到了P14 ，C20X16、C20X24 抗渗等级要大于P14 ， 纵向劈开发现C20X24 的渗水高度为79mm， 比C20X16 的109mm要小， 这说明在24 %范围内， 石粉含量越高， 混凝土的抗渗性越好。

[align=left]3 　机理分析

试验直接用砂浆试样(普通河砂砂浆的水泥∶水∶砂= 1∶019∶416 ；石屑砂浆的水泥∶水∶砂= 1∶019∶418)代替从混凝土中取样， 进行了XO射线衍射分析、热分析(TG) 和扫描电镜分析(SEM) 。

[align=left]3.1 　XO射线衍射分析

国内外的研究[7～10 ] 普遍认为石粉中的CaCO3 微粒具有活性效应， 即CaCO3 微粒能与C3A 反应生成碳铝酸盐， 在这一点上绝大多数研究者达成了共识， 只是有人认为是生成单碳铝酸盐(C3A·CaCO3 ·11H2O) ，有的认为生成三碳铝酸盐(C3A·3CaCO3 ·32H2O) 。作者对不同石粉含量、不同龄期的石屑砂浆试样进行了XO射线衍射分析， 没有发现碳铝酸盐的衍射峰， 但这并不能表明石粉中的CaCO3 微粒与C3A 没有发生反应。这主要是因为反应生成的碳铝酸盐的量相对过少、其衍射峰很小造成的。

[align=left]3.2 　TG分析
　　TG分析结果表明， 在600～1 000 ℃范围内， 石屑砂浆与普通砂浆的失重率差别比较大， 石屑砂浆的失重率均超过30 % ， 而普通砂浆不超过5 % ， 这是因为石屑的主要矿物成分白云石和方解石分解造成的。在100～600 ℃范围内， 由于水化产物的脱水和分解， 不管是石屑砂浆还是普通砂浆均出现了不同程度的失重。石粉含量为24 %的石屑砂浆水化7、28 、90d 的失重率分别为2.06 %、2.51 %、5.93 % ， 这与随着龄期的增长水化产物逐渐增多的结论是一致的；石粉含量为16 %、10 %的水化28d 石屑砂浆的失重率分别为2.43 %、2.74 % ， 说明在10 %～24 %范围内，石粉含量的变化对水化产物的生成没有太大的影响；而普通砂浆水化28d 的失重率只有1.85 % ， 比石屑砂浆的失重率小。其原因是石屑中的石粉在水泥水化过程中起到了晶核作用(晶核效应) ， 加速了水泥中C3 S 的水化[7～9 ] 。当C3 S 开始水化时， 便大量释放出Ca2 + ， Ca2 + 具有比[ SiO4 ]4 - 离子团高得多的迁移能力， 根据吸附理论， 首先发生CaCO3 微粒表面对Ca2 + 的吸附作用， 由于COSOH 和Ca (OH) 2 在CaCO3表面上大量生长， 导致C3 S 颗粒周围Ca2 + 离子浓度降低， 使C3 S 水化加速， 从而加速了水泥的水化， 且早期比后期更为明显。
　　此外， 水化28d 的普通砂浆在600 ℃前的失重率仅为1185 % ， 比石屑砂浆7d 的失重率都小。这一方面是由于石粉颗粒加速C3 S 水化的晶核作用前期比后期更明显[9 ] ， 另一方面是由于水化碳铝酸钙的生成主要集中在7d 以前， 至7d 后水化碳铝酸钙增加量明显减小。

[align=left]3.3 　SEM分析

通过电镜扫描观察发现， 不管石粉含量的高低和龄期的长短， 石屑砂浆要比普通砂浆密实得多， 石屑颗粒与浆体之间结合紧密， 见图2。

[align=left]　 在石屑砂浆放大倍数< 2 000 的扫描电镜照片中没有发现气孔， 在放大倍数> 2 000 的照片中几乎没有发现孔径大于5μm 的有害孔；而普通砂浆存在较多的孔隙，且孔径较大，有的是接近200μm 的气孔(见图2 (b) 、(c) ) ，这些气孔对混凝土的性能非常不利。这说明石屑砂浆中的有害孔比普通砂浆明显减少， 石屑砂浆中的粗大孔和毛细孔减少， 过渡孔和凝胶孔增多，即孔结构得到改善。这与一些同行的研究结果是一致的。安文汉[2 ] 进行了石屑混凝土和普通混凝土孔结构的对比分析(见表6) ， 认为石屑混凝土的孔隙特征得到明显改善， 总孔隙率下降， 其中粗大孔， 毛细孔减少， 过渡孔、凝胶孔增多， 最可几孔径明显改善。

[align=left]　 石屑混凝土的孔隙率之所以减小、孔结构之所以得到改善， 其主要原因是发挥了石粉的填充效应。此外， 石屑中含有较多的石粉， 石屑混凝土的需水量大， 使得在水灰比和单位用水量相同的情况下， 石屑混凝土的实际水灰比要小于普通混凝土， 本文将此作用称为石粉的吸水效应。由于水灰比对孔隙率有明显影响， 水胶比越小， 孔隙率越小。

通过扫描电镜还发现， 石屑砂浆与普通砂浆相比， 其浆O集料界面得到明显改善。虽然早期石屑砂浆的浆O集料间存在明显的孔缝(见图2 (d) ) ， 但随化产物之间的粘结， 从而改善了石屑砂浆的界面。此外， 经大量电镜观察发现， 在石屑砂浆中很难找到生长在空间的大颗粒Ca (OH) 2 晶体， 而它们却极易在普通砂浆中发现(见图2 (a) ) 。从图2 (a) 可以看出， 由于在贴近集料表面的水灰比值高， 再加上砂粒与浆体结合得不如石屑紧密， 存在孔缝， 使得结晶产物在此处集中生长， 且晶体尺寸较大， 在20μm 左右， 而石屑砂浆由于石粉中细分散的碳酸钙颗粒为晶体的生长提供了无数的核， 晶体生长在CaCO3 颗粒表面， 而不是在特定的位置局部生长成大晶体。此外，石屑砂浆界面的改善还与以下因素有关：
(1) 与普通砂浆相比， 石屑中的石粉使得新拌砂浆的浆体量增加， 使石屑砂浆的保水性增强、泌水率减小，减少了自由水在界面上聚集， 因而利于浆O集料界面的改善；
(2) 石屑表面粗糙， 带有尖锐棱角， 不但使得集料与浆体的咬合力得到增强， 而且有利于浆O集料界面的改善， 即石屑的形态效应。

综合XRD、TG和SEM分析所述， 石屑混凝土之所以比普通混凝土的强度等性能有所改善， 可以归结为石屑的5 个效应， 即石屑中石粉的填充效应、晶核效应、活性效应、吸水效应和石屑的形态效应。这5个效应的共同作用， 促成了石屑混凝土的一增多、一生成和二改善， 即水化产物的增多、碳铝酸盐的生成和界面、孔结构的改善。具体解释是: 石粉的填充效应， 不但使毛细孔得到细化， 而且使孔隙率减小， 即孔结构改善；晶核效应加速了C3S 的水化， 从而使水化产物增多， 并避免了晶体的集中生长；活性效应是指石粉中的CaCO3 在与水泥中的C3A 反应生成碳铝酸盐的同时， 还改善了石粉颗粒的表面状态， 有利于石粉颗粒与水化产物间粘结强度的提高；石粉的吸水效应使得石屑混凝土的实际水灰比小于同配比的普通混凝土， 石屑混凝土的保水性增强， 泌水率减小， 减少了自由水在界面上聚集， 因而利于浆O集料界面的改善；石屑表面粗糙， 带有尖锐棱角， 不但使得集料与浆体的咬合力得到增强， 而且有利于浆O集料界面的改善， 这就是石屑的形态效应。石屑及其中石粉的这5 个效应所产生的结果都有利于混凝土强度的提高和性能的改善。

[align=left]4 　对石屑中石粉含量问题的思考
　　一些研究者认为应严格控制石屑中的石粉含量在5 %范围内[1 ] ；与此相反， 一些研究者认为石粉含量在15 %左右时为最佳[3～5 ] 。作者认为， 对石屑中石粉的最佳含量及上下限影响最大的可能是石屑的级配，包括细度模数、0.16mm以上和0.16mm以下颗粒组成， 特别是0.16mm以下颗粒的组成对石粉含量可能有较大影响。比如粗石屑和细石屑， 其最佳石粉含量就可能不相同， 同样的在0.16mm以下颗粒中，0.08mm颗粒占大多数与0.08～0.16mm之间颗粒占大多数两中情况下石屑的最佳石粉含量也可能不一样；其次是石屑的形态， 包括0.16mm以上和0.16mm以下颗粒的形态， 特别是0.16mm以下颗粒的形态， 比如形态为圆形或方形与棱角形的相比， 其最佳石粉含量就可能不一样。针对石粉的最佳含量及上下限这个问题， 过去的研究都是从石粉含量对砂浆或混凝土的性能的影响这个角度入手， 忽略了石屑本身， 因此，建议研究石屑本身级配和形态等对石粉含量的影响可能会起到意想不到的效果。如果从这个角度研究取得成功， 则可根据石屑的级配( 包括细度模数、0.16mm以上和0.16mm以下颗粒组成) 和形态(包括0.16mm以下颗粒的形态) 来确定其最佳含量及上下限。

[align=left]5 　结论与建议

(1) 石屑混凝土比普通混凝土的保水性好、粘聚性强、泌水少；石屑混凝土的抗压强度及抗拉强度要高于同龄期同等级普通混凝土， 抗冻、抗渗性比普通混凝土好；石粉含量在24 %范围内， 其含量越高，混凝土强度越高， 抗冻、抗渗性越好；石屑混凝土的收缩变形、碳化和钢筋锈蚀性能与普通混凝土相当。

(2) 由微观分析可知， 石屑中石粉的填充效应、晶核效应、活性效应、吸水效应以及形态效应的共同作用， 促成了石屑混凝土的性能改善。

(3) 石屑中的石粉对混凝土的性能有着非常重要的影响， 对石粉及相关问题的研究应高度重视， 需作进一步深入的研究。建议从石屑本身入手， 研究其级配和形态等对石粉含量的影响。

关于人工砂的标准，正在送审的建设部行业标准《 普通混凝土用砂质量标准及检验方法》 已增加了人工砂的种类和技术要求，而且，其将C30以下的混凝土石粉含量放宽到10% , C10混凝土石粉含量还可以放宽到20% ，不承认人工砂或洗走石粉的现象将随着该标准的实施而改变。但随着人工砂的逐步应用，目前生产实践对标准又提出了新的问题，这个问题，同样反映在国标上。即按标准规定，I 类人工砂（宜用大于C60 及以上的混凝土）的石粉含量应小于3% 。，Ⅱ类人工砂（易用大于c30-c50抗渗等要求的混凝土）的石粉含量应小于5%。Ⅲ类人工砂（宜用小于C30 混凝土）的石粉含量应小于7%。定这样的指标，当初的考虑点是出于我国地域广阔、矿产复杂、各地生产和使用人工砂的水平相差很大，对全国来讲人工砂才处于刚刚起步阶段，各地应用人工砂石粉的工程经验还不多。因此，标准中对人工砂石粉含量的要求还是按传统限制含泥量的思路来对待石粉含量，采用了比较谨滇的态度和较严的指标。

　　总结这几年各地的工程实践，感到按含泥量的思路定石粉含量有待改进。实践表明，混凝土中含泥量高是有害的，所以混凝土强度越高其限制应该越严。而石粉是有益的，在质量保证和一定含量下对各种强度等级的混凝土都有利，不是混凝土强度等级高就必须少用石粉。从目前的结果看，石粉含量控制在8%一10%时，对各种强度的混凝土都起好的作用。对水泥含量低的混凝土，石粉含量可以用到15%左右或更多些。那么超出标准限制的问题如何解决？

　　其实，在标准编制时也从贵州的经验中考虑到了这个问题。当时，贵州地方标准就规定，配制强度等级大于C3O 的混凝土人工砂的石粉含量小于10%，配制强度等级为C20-C30 的混凝土人工砂的石粉含量小于15%，配制强度等级小于C20 的混凝土人工砂的石粉含量小于20%。为此，在国标人工砂石粉含量的指标上特别加上了注，即允许根据使用地区和用途，在试验验证的基础上，可由供需双方协商确定人工砂的石粉含量限制。现在，使用石粉有经验的单位，完全可以用这条来找到依据，用供货合同来确定石粉含量限制指标也是有法可依并受法律保护的。当然，在时机成熟时，标准也会改变，编标准的目的之一就是为了促进技术进步，而不是相反。

　　从目前各地反映的情况分析，人工砂还有很多问题有待深人研究，以更好地发挥人工砂的优点，克服缺点，提高混凝土质量，降低成本。例如：为什么一般情况下，用人工砂比天然砂水灰比放大0.05 后，配制的混凝土强度不但不降，反有提高。再如，我们探索用少量比例的石粉代替粉煤灰配混凝土，发现其28 天强度比对照组高10% 一15% ；有的生产企业也做过类似的试验，且替代的比例很高，结果混凝土用水量减少，和易性改善，流动性提高并减少泌水。还有人做过人工砂与天然砂的电镜分析，观察发现石灰石质人工砂与水泥水化凝胶间结合紧密，界面处无裂缝，几乎分不出两者的界限，而天然砂与水泥水化界面多有裂缝，有的宽度达1 一2 微米。因此，系统地研究人工砂对混凝土的作用与影响，特别进行其机理研究很重要。比如，像石粉中特细级配的组成研究及其对混凝土密实度的影响、石粉在骨料与水泥界面中的作用等。

　　但由于目前社会对砂石行业的落后印象一时还难以改变，其科研立项较难，专门研究机构也没有，这需要政府给予重视和解决，也需要有识之士和骨干企业自身的共同不断努力。但企业自身开展研究的很少，甚至，人工砂生产企业中除了外企和大型国有、民营企业外，有实验室的企业极少。国家和行业也对砂石企业的生产与质量条件无所要求。有的即使有实验室，技术人员的知识现状也不能适应对人工砂的掌握与正确使用。如此的现状很难推动人工砂的发展。例如，有某企业非常需要解决利用本企业尾矿生产的人工砂问题，可该企业的技术人员自己的试验却得出人工砂混凝土强度还不如天然砂的结论，不敢使用。我们就用该企业的实验条件和原材料指导他们重新进行试验，得出了完全相反的结果：该企业的人工砂混凝土不仅和易性好，同比强度还比天然砂高出20%。这样，不仅利用了尾矿废料，同时还有进一步降低混凝土水泥用量、节约成本的可能。因此，要大力提倡企业积极开展技术研究，向技术要效益。

　　人工砂应用技术的推广同样处于困难时期，无论别人使用成功的实例有多少，因种种原因，多数砂石使用单位还是墨守成规，不在本单位做出示范之前都不肯使用新材料和新技术。而逐一单位去推广也是不现实的。需要政府和行业有关管理部门给予重视与支持，需要媒体给予积极帮助，需要行业多进行技术交流，需要已使用成功的企业做出表率，带动其他企业。只有行业整体地位提高，企业自身才能做大做强。

　　天然砂的减少一方面是由于资源的枯竭，另一方面也是环境保护的需要。人工砂的生产同样要注意环境保护的问题。当前，在河道里生产的人工砂存在着乱采滥挖、大直径卵石不利用和无规划处理的问题。无规划开采主要包括破坏式开采和无产后治理。扬尘主要表现为多数企业生产设备开放式和没有吸尘装置，有的设备主机虽有吸尘设备但其它方面开放，同样扬尘，甚至更重。照国外的经验和国内发展趋势，这样的生产方式绝不会长久，更不能发展壮大。这方面，香港的经验值得我们学习。香港的矿山人工砂生产企业不仅有有效的各种吸除尘措施，而且还有空气监测设备来确保空气质量。因此，其矿山可以做到与居民区仅几百米的距离而无污染。

　　我国每年砂石使用量大约在50亿吨，是所有产品中重量最大的产品。但全国范围内，建立起正常砂石市场的地区不多。砂石的交易多还处于原始的凭个体信息和关系的状态。用户形容目前、的砂石市场是卖方市场是有道理的。因为，在一定的区域范围内，一方面市场需求量巨大，一方面又没有畅通的信息渠道和公开、公正、公平的交易平台，只能是卖方说了算。其实，在无序的市场中，在一定的条件下，对某个企业来说又是买方市场，好容易找到一个买家，价格只能由对方定或长期被押款。在这种情况下，买家找不到好的货源，质量高的砂发挥不了真正的价值。“市场”价格只能被最简单的生产方式和最低的资源成本所决定，给非法采砂造就了市场。所以说，没有正常市场秩序，人工砂要正常的发展壮大更是极其困难的。这里强调的是正常的发展，因为在资源有限的前提下，人工砂也有可能不讲质量就进人市场。但这对保证和提高人工砂的质量，做到优质优价，促进正常价格的竟争都是不利的。

摘要：针对目前人工砂生产和使用中丢弃石粉的做法，对石粉的微级配进行初步测试分析，并试验研究了石粉在混凝土中对和易性和强度的影响。试验表明，在新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度。
　　关键词：石粉；人工砂；混凝土；级配
　　近几年基本建设的持续高速发展，对配制混凝土的建筑用砂需求量急增。天然砂资源的短缺、环境保护的加强及GB/T 14684-2001《建筑用砂》的实施都促进了人工砂的发展。据估计，有些地区人工砂的产量已占到混凝土建筑用砂量的20%~30%。但在人工砂的生产和使用中存在着一些误区，其中，主要的问题是对人工砂中的石粉认识不正确，盲目地洗掉石粉（含量约占10%），在生产上不仅降低产量、浪费宝贵的矿产和水资源，又造成新的环境污染；在使用中由于人工砂自身的特点，造成配制的混凝土和易性差，并表现出强度降低、水泥用量增加、外观质量不好等一系列问题。为此，笔者用2个人工砂生产企业丢弃的石粉进行了不同比例掺入量的平行对比试验，结果表明，在中低等级（强度等级不大于C45）的新拌混凝土中加入一定比例的石粉，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度。这对人工砂生产单位选择合理的生产工艺路线和设备，提高产量和降低成本，对正确使用人工砂，发挥人工砂的长处有重要的意义。
1 试验
　　1.1 试验方法与材料
　　在相同的试验条件下，利用相同水泥、粗骨料、外加剂、粉煤灰等材料，采用已在生产过程中去除了石粉的2种人工砂A、B（A 是石灰石制成的人工砂，B 是河卵石制成的人工砂）及该人工砂洗走的石粉，按不同石粉掺量配制同水灰比的混凝土，对比混凝土拌合物的坍落度、和易性及混凝土3、7、28d 抗压强度。另外对天然砂进行了对比试验。

　　水泥：P.O 32.5级普通硅酸盐水泥； 外加剂： 泵送剂；粉煤灰：II 级；人工砂A（水洗）：细度模数3.3，级配II区，堆积密度1540kg/m3；人工砂A（未水洗）：细度模数2.7，级配II区，堆积密度1570kg/m3；人工砂B（水洗）：细度模数3.1.，级配I区，堆积密度. 1510kg/m3；天然砂：细度模数2.2，级配II区，堆积密度1550 kg/m3。
　　1.2 试验配比与结果
　　使用人工砂A、B的混凝土配比与试验结果分别见表1和表 2
　　表1 使用人工砂A的混凝土配比与试验结果

注：表中水的配合比是根据坍落度调整而得。

　　表2 使用人工砂B的混凝土配比与试验结果

　　注：水洗人工砂中含有2%的石粉。

　　2 结果分析与讨论
　　1 结果分析
　　（1） 从表.可以明显得出，随着石粉含量的增加，混凝土的和易性逐步改善，强度逐步提高。特别是未水洗、石粉含量为.2&的人工砂配制的混凝土不泌水，和易性最好，且28d抗压强度最高，比未掺石粉的混凝土提高44%.
　　（2） 表2的结论与表1基本相同，只是出现了石粉含量为12%的人工砂混凝土强度有所降低的现象，但由于试验样本量太少，是否9%或10%为该石粉的最佳掺量有待进一步试验研究。而且，不同种类的石粉存在着各自不同的最佳掺量。从A石粉试验结果分析，以原状未洗砂石粉含量为最好，人工砂B由于湿法生产工艺限制，不能取得原状未洗砂。
　　（3） 所有含(掺)石粉的人工砂配制的混凝土不管和易性如何都比同条件天然砂配制的混凝土抗压强度高，强度提高幅度最高为65%。混合砂配制的混凝土的强度亦高于天然砂配制的混凝土。

　　2.2 讨论
　　（1） 水洗人工砂混凝土的和易性不好但强度普遍高于对比的天然砂混凝土，包括混合砂配制的混凝土的强度也高于天然砂配制的混凝土的主要原因是人工砂的颗粒表面粗糙，多棱角，骨料与水泥、骨料之间的结合好，机械咬合力高。但也正是由于其特殊的粒型造成流动性差，需要良好的级配和微细骨料去改善。
　　（2） B石粉试验以原状未洗砂石粉为最好。过去所使用的天然砂绝大多数是江河砂，人工砂对建筑业来说还是新材料，由于其生产工艺的限制，在微细级配上基本断档，对骨料的微细级配的组成和作用研究极少。就洗走的石粉来看，并非只洗走了75μm以下的颗粒，同时还洗走了包括150μm、300μm甚至是600μm的颗粒，部分洗走石粉的筛分结果见表3。

　　表3 部分洗走石粉的筛分结果
编号 分计筛余/%
　　600μm 300μm 150μm 75μm <75μm
1 2.7 20.9 41.6 10.0 24.8
2 0 18.5 21.8 11.4 48.3
3 0 0.8 25.9 24.8 48.5

　　从表3可知，水洗的结果一是浪费，二是破坏了人工砂的自然级配，不利于达到骨料的最大密实。
　　人工砂的石粉与天然砂的泥粉不同，从图1可明显看出，同是小于75μm的颗粒，泥粉中的70%颗粒集中分布在16μm以下，平均粒径为8.4μm.A石粉70%颗粒集中分布在16μm以上，平均粒径为36.9μm.B石粉88%颗粒集中分布在16μm以上，平均粒径为52.8μm.A、B砂的石粉平均粒径分别是天然砂泥粉平均粒径的4.4和6.3倍，如此的粒度分布，不但不会阻碍水泥与骨料的结合，相反，填补了混凝土骨料之间的空隙，改善了混凝土和易性，提高了混凝土密实性，也就提高了混凝土的强度，对混凝土的长期耐久性也大有益处。
　　（4）成功使用带石粉人工砂的实例也很多，如香港目前唯一在当地拥有石矿的嘉华集团，干法生产的花岗岩人工砂，石粉含量控制在10%，不仅用于生产C30、C40的普通混凝土，而且配制C60以上的高强混凝土，使用时间已达24年以上，并建造了很多著名的建筑。笔者与北京城建一公司曾用干法生产的石灰岩人工砂（石粉含量11%的未洗砂）配制混凝土，于1996年在北京甘家口危改小区建了一栋现浇剪力墙结构的9层住宅楼，目前质量很好。

　　（5）人工砂的生产和使用中存在着不接受石粉的现象，主要有使用方面的2条重要原因：一是认识问题，带石粉的人工砂与天然砂相比，其外观上有明显的不同，10%左右的干法生产人工砂看上去就像全是石粉一样，使人心生疑虑，不敢使用。二是标准问题，目前建筑工程业大都执行JGJ 5292，其中没有人工砂的种类与技术要求，但该标准目前已在修订之中，从征求意见稿获悉，已充分考虑了人工砂的特点，随着人们对人工砂认识的逐步提高和新标准的出台，目前的不接受石粉的现象一定会改变。
　　3 结论
　　从试验室试验到工程应用，证明合理使用带石粉（必须是真正的石粉，而不能是泥粉）的人工砂，能明显改善混凝土的和易性、提高混凝土的强度。石粉的含量宜控制在10%左右，对强度等级大于C30的混凝土，石粉含量还可以放宽一些，并以干法生产的原状砂为宜。

由于传统的观念，人们对砂石的认识存在着偏差，认为砂石在混凝土中仅起填充作用，质量无足轻重，只要多加水泥就行。同时，由于过去天然砂石资源的限制，有人即使认识到骨料的重要性，也改变不了其现状，只能采取顺其自然的态度，对砂石不能提出太高的要求，久而久之，砂石的质量得不到应有的重视和控制。明明是重要的产品，生产、使用单位和管理部门却都不把其作为产品来对待，甚至有些科技人员，也认为砂石无技术研究的价值，对砂石的认识还停留在农民挖砂的阶段。
　　事实上，砂石骨料在混凝土中的作用非常重要，它起着骨架作用，传递应力，即使没有水泥浆，骨料亦可支撑载重，同时抑制收缩，防止开裂。上世纪90代以俊，混凝土的发展趋势是发展高性能混凝土（HPC ） ，骨料已渐被当作主要架构材料，而水泥用量则越少越好。而HPC的发展必须有高质量的砂石骨料。我国混凝土方面的专家把砂石骨料的质量视为制约我国混凝土发展的瓶颈；分析认为，中国混凝土质量不如西方的主要原因是砂石的质量差，并警告说，如果骨料品质低劣与离散性大的现状得不到改善，HPC就不可能实施。因此，砂石骨料的颗粒级配、粒型、表面特征、针片状颗粒含量、空隙率等过去不被重视或无法控制的性能日显重要。人工砂正是应运而生，在上述方面有其显著的特点。但由于人们已有的对骨料的认识偏见，也限制了对人工砂重要性的认识，仅仅把人工砂当做一种简单替代天然砂的材料对待，用传统天然砂的标准来衡量人工砂，看到的都是人工砂的短处或不习惯处，人为限制了人工砂的发展。
　　同其他新生事物一样，人工砂当前的发展还受到社会和文化的传统势力影响二实际上，人工砂目前一般性的生产与使用技术已很成熟，只要使用质量合格的人工砂，一定能取得好效果，不会有什么风险。
　　人工砂在全国范围还处于刚起步阶段，对其质量的保证就更为重要。
　　人工砂有两大优势四大特点。即资源优势：可利用各种废弃资源，同时，表现出价格或成本差别较大的特点。
　　质量优势：体现为质量稳定（产源固定、机械化生产）；颗粒级配合理、可调；石粉能合理利用三大特点。
　　但人工砂也有天生的不足，粒型多样、比表面积大、需水量大。如颗粒形状多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐时，对和易性有影响（但对强度有利）；如针片状多时，对和易性和强度都不利。
　　在混合砂方面表现为，有的企业特别是小企业，用很粗的石屑加特细的天然砂去当人工砂销售，石屑比例最大的可达30 ％。这样的人工砂，没有丝毫人工砂的质量优势，相反，有的都是人工砂的不足，严重地影响了人工砂的推广使用，败坏了人工砂的声誉。对此，我们决不能掉以轻心。国家标准规定，人工砂的颗粒级配一定要合格，颗粒级配不合格的人工砂决不允许使用。其目的就是为了防止类似的混合砂滥竿充数。
　　在机制砂方面表现为：
　　1．粒型不好，针片状过多，这里有岩石问题，但更主要是设备选型造成，不少小企业用颗式破碎机的产品粒型就差，如果选用专门的制砂机，此问题完全可以解决。例如，宁波一家较大的砂石企业，用原选的设备，生产的石子粒型不好，一些小孔径石子的片状率高达100% ，机制砂的粒型就可想而知了。后来增加了整形设备，石子粒型明显改善，机制砂的型状也大大提高。
　　2．级配不完全合理，细度模数偏大。多数企业为减少机械磨损，降低生产成本，生产的机制砂细度模数多为3.0以上，而配制混凝土细度模数最好是在2.6左右。另外，人工砂的级配区最好为2区，各级筛余一定要符合标准要求，但有的企业根本不认识或不重视此指标，使人工砂的优势无法体现，在人们还不认识人工砂的阶段自己给自己造成阻力。这里的原因在上述的认识问题中已经提到，目前问题是，首先生产企业自己要先提高一步，而现状是小型企业多数素质较低，大多数企业自己连级配、细度模数等的基本概念都不懂，连最基本的试验筛也没有，如何谈得上质量控制。因此，开展基本知识教育非常必要。
　　3．是洗走石粉的问题。泥粉对混凝土是有害的，必须严格控制其含量，人工砂生产和使用中同样要注意除土，除去山皮土和夹层土。但除土决不能放在最后洗掉小于75微米的颗粒的工序上。因为，石粉也是小于75微米的颗粒，但石粉与天然砂中的泥成分不同、粒径分布不同、在混凝土中所起的作用亦不同，石粉对混凝土是有益的，有适量石粉的存在，弥补了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷，同时，它的掺人对完善混凝土小于75微米特细颗粒的级配，（在这一点上，天然砂由于其生产工艺的限制，其特细级配基本没有）提高混凝土密实性都有益处，现代混凝土设计理念，是强调发挥骨料骨架的支撑作用，而发挥骨料骨架的支撑作用最有利条件是使骨料之间空隙最小，密实度最高。进而能起到提高混凝土综合性能的作用。
　　通过水洗实验，洗走颗粒最少的样当中，含150微米以上的颗粒占到25% ，其中，300微米以上的颗拉占14% ；洗走颗粒最多的样，150微米以上竟占总量的2乃，其中300微米以上的颗粒就占总量的1乃。因此，除土工序一定要放在原料处理前，可干筛或水洗，既避免了泥土的掺人，又为石粉的保留和合理的级配创造了条件。
　　在风化的山砂水洗后当建筑用砂方面，风化的山砂一般与风化土混在一起，过去不引起重视，自砂源紧张，看到可利用尾矿制人工砂后，有些企业就用水洗的方法把土洗净，利用该砂做建筑砂。这种砂，表面看上去粒型好，级配合格，细度模数也在中粗砂范围，似乎是较理想的建筑用砂。但实际上，这种砂的抗压强度很低，严重的用手可以捻出碎粉，不仅配制混凝土不行，制成砂浆也不耐磨。如利用山砂，在开发前一定找有关检测部门做一个鉴定，特别要按人工砂的技术要求检测其压碎指标，压碎指标不合格的绝对不应使用。在这方面，已有了不少的工程教训，尤其在京津一带，从上世纪80年起，我们就开始了这方面的研究，研究结论和实践证明，京津一带风化的山砂基本不能使用。最近，河南某地检验的14个砂样中有11个压碎指标超标，不合格比例高达79 % , 应引起我们的高度重视。

我国人工砂生产与使用现状
编者按据来自中国砂石协会的信息表明，近年来我国砂石业整体保持稳定发展势头，天然砂石的开采、使用得到控制，人工（或机制）砂石逐步进入市场。人工砂应用市场的扩大也表明我国砂石业整体水平在提高。
　　自上个世纪90年代人工砂开始研究使用，至今不少地方已有了一定数量的专业人工砂生产线，但业者及相关企业常存有一些疑愿，希望得到解释与指导。近年来，人工砂专家陈家珑一直致力于这方面的研究，针对人工砂石业的问题提出了自己的观点，他系统地回答了各地砂石业发展中出现的问题，同时提出了解决的途径。前不久他著有“我国人工砂发展的若千问题探讨”一文。我们将此文作了一些压缩，分成了“我国人工砂生产与使用现状”、“当前人工砂存在的问题与解决途径”及“人工砂标准、研发与市场谈”几篇连载，提供给我国砂石业者及相关行业人士，敬请留意。
　　在2002年2月1日起实施的国标GB/T14684-2001《建筑用砂》中，首次增加了人工砂种类，确定了人工砂的定义、技术要求和检验方法，规定了凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。提出了混合砂要执行人工砂的技术标准和亚甲蓝试验方法，为解决河道挖砂的废石处理找到了出路，为合理利用石粉打下了技术基础，同时，保证了人工砂的质量。这为人工砂的发展开创了新的局面。
　　在已有的工程实践中，用人工砂已配制出了从C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400米；配制出跨度达64米的预应力混凝土粱。在试验室设计强度Cl00的人工砂混凝土90天实际强度达到155兆帕。人工砂已开始应用在混凝土结构、砂浆和制品中，上海最高的建筑经贸大厦使用的就是人工砂混凝土。
　　但是，如同其他新事物一样，人工砂目前的发展极不平衡，仍有很大的阻力。这里的原因是多方面的，有人们认识的原因，有人工砂企业自身的原因，有技术限制的原因，有宣传不足的原因，有行业习惯的原因，有标准不协调的原因，有管理的原因，但根本还是资源的原因。
　　以北京为例，近几年每年建设用砂石均在6400万吨左右。过去，主要以天然砂石为主。随着对环境保护的越来越重视和举办绿色奥运的行动床现，北京市政府于2001 年开始逐步关停了北京市范围内的砂石场，并于2003年5月底全部完成。由于天然砂资源彻底取消，人工砂才得以迅速发展。目前，北京市除盗采的是天然砂外，其余多数是人工砂。其中，采自本市矿山的砂石约2000万吨，周边约4500万吨。
　　事实上，早在19％年，北京建筑工程学院与北京市城建一公司合作，就在甘家口危改小区4号楼住宅工程上应用了三河的石屑人工砂；北京市建工集团三建也曾把三河的石屑人工砂应用在森德散热器厂工业建筑和其他道桥等工程上，使用面积近万平方米，不仅在当时取得了良好的经济效益，而且，目前工程质量良好。但为什么一直没有推广开，主要阻力来自习惯势力的影响，源自对人工砂的认识不正确和没有标准，人工砂由于其颗粒级配、粒形和颜色都与天然砂有明显的不同，大多数的使用单位还不接受人工砂，只要有天然砂存在，人们还是习惯用天然砂。
　　目前国内人工砂生产主要有3种形式，一种是开矿产石的同时专门生产人工砂，这多属于大型企业（即年产砂石100万吨以上），质量较好，数量有几百家；一种是在河道里用卵石生产机制砂，或配以少量天然砂生产混合砂，这多属于中型企业（即年产砂石50万吨左右），质量有好有差，差别较大，数量也在几百家左右；再一种是利用各种尾矿生产的，其中主要是各地生产石灰石碎石后的石屑或石粉，经过简单再加工和筛分，或直接利用，这多属于小型企业（即年产砂石30万吨以下，甚至几万吨），质量有好有差，差别很大，数量达近万家。
　　在使用行业的分布上，以水电行业对人工砂的生产和使用最为成熟，但要求也相对高一些，基本是自产自用，多为大中型生产线，我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。交通公路、铁路和建筑则处于起步阶段，产品由社会提供，大中小型生产线都有。在地域分布上，除贵州省和香港人工砂的生产与应用已完全普及外，人工砂的生产与使用多集中在特大和大城市及其周边地区。如北京、上海、天津、重庆均为使用核心，以其周边地区为生产区。北京、上海、重庆都已出台人工砂应用技术规程地方标准，天津也正在制定。以上海为例，浙江的湖州地区已成为上海主要的砂石骨料的供应基地，据不完全统计，该地区共有砂石生产企业200多家，总产量在5000万吨以上，其中，年产200吨以上的企业已有十几家，最大达500万吨。由于砂石生产的连带性和考虑到人工砂的生产成本，人工砂的产量一般在砂石总产量的20%-40%之间浮动，也有部分达50%-80%，个别达100%的情况。
　　目前建筑业在人工砂的使用上又分以下几种情况：
　　国标允许使用人工砂了，但大多数的人还是容易接受由鹅卵石破碎的机制砂或与天然砂混用的人工砂（即混合砂），这是因为这样的人工砂外观与天然砂无明显差别，多数人还认为就是天然砂，使用上按天然砂控制，推广较容易，但由于在配制混凝土时还按天然砂的方法设计，没有抓住人工砂的特点，多数混凝土搅拌站也未能感到人工砂的优点。
　　使用由石灰岩类（包括其尾矿）生产的人工砂就比较困难，因为，其外观与天然砂明显不同，特别是干法生产原状人工砂（只要石粉含量在10%左右时）看上去就像都是石头粉（或土）一样，使人心生疑虑，不敢使用。实际上，如果检测一下，石粉含量并不很高，只要大胆正确使用，就能取得很好的效果。但就是由于传统的习惯，此种人工砂目前推广不畅，有时，施工应用部门愿用，但监理和甲方却不允许。为了迎合用户的习惯，有些人工砂生产厂把干法生产原状人工砂再洗一遍，这样的人工砂看上去是比天然细砂好多了，但这一洗，使人工砂的级配变化了，人工砂中有利的石粉洗走了，只剩下了人工砂的缺陷，造成配制的混凝土易性差，特别在低标号或低水泥用量混凝土中表现非常明显，给人工砂的推广应用带来阻力。同时，又造成资源的浪费和宝贵的水源消耗，增加了新的污染。针对这种人工砂混凝土易性差的问题，有些企业掺人一些天然细砂混用，如果掺入的比例合适，混后的砂级配合理，配制出的混凝土比天然砂要强一些，但实际上在低强度等级混凝土和砂浆的配制上，仍不如用不洗的人工砂，既成本低，又效果好。在这方面，各地都有一些成熟的经验和应用，只是尚不普遍。这里，洗走石粉还有一个标准不协调的原因。因为，建筑业执行的是行业标准JGJ52-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》，该标准目前尚在修订中，还没有人工砂的类别，含泥量（即小于75μm特细颗粒，石粉也是小于75μm的颗粒）只能按5%以下控制，为了达到这个要求，企业不得已而为之。
　　而有些自己有混凝土搅拌站的人工砂生产企业，积极探索人工砂的使用，就取得了很好的效果。例如，北京恒坤混凝土有限公司和北京恒坤拓峰采石有限公司采用干法生产石灰石机制人工砂，在一年多的时间里累计生产商品混凝土40多万方，多数使用纯人工砂，石粉含量应用范围达8％-15％，应用于各种工程，取得了很好的效益。
　　首钢迁安矿山公司领导对尾矿人工砂应用高度重视，以深人的研究和科学的数据为依据，从解决人们的认识问题人手，以样板工程为说服力，推动了尾矿人工砂的应用，目前，其年产约150万吨的尾矿人工砂石已全部应用于其改造工程中。

人工砂生产与应用技术 机制建筑砂
1.项目简介：
　　我国建筑用砂年需约6亿吨左右。目前我国多数地区应用的是天然砂，天然砂资源是一种地方资源、是短时内不可再生和长距离运输的，随着基本建设的日益发展和环境保护的需要，在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、砂质量下降、限采或禁采天然砂的情况，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，而砂的价格越来越高，用砂高峰时甚至无砂可用，影响了工程建设的进展。随着混凝土技术的迅速发展，现代混凝土对砂的技术要求则越来越高，特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严，能满足其要求的天然砂数量越来越少,甚至没有。因此，发展新砂源（人工砂）势在必行。同时，我国有大量的金属矿和非金属矿，在采矿和加工过程中伴随产生约40%-60%的尾矿，有相当尾矿没有合理利用、浪费资源、占用土地、造成新环境污染，而如果经过适当分选与加工，不少尾矿就可以制成人工砂，既解决了砂源和环境污染问题，又提高了资源利用率，形成综合效益。

　　为解决砂资源的问题，我院科技人员进行过各种人工砂的研究，新国标就是由我院科技人员为主编进行修订的，新修订的国标《建筑用砂》GB/T14684-2001已经明确了人工砂为建设用砂，提出了技术指标和试验方法，并于2002年2月1日起实施。

2.主要技术、经济指标
开发、生产的人工砂可以达到和高于国家标准所规定的各项指标要求。使用人工砂可以满足不同混凝土、砂浆、制品的各种设计、施工生产和验收标准或规范要求。
根据产地矿源、当地天然砂价格情况，生产、使用人工砂可获得5-50元/吨的利润。

　　3. 适用范围及应用情况
　　适用于全国各地缺少天然砂或天然砂质量差、天然砂价格高，不能满足混凝土与制品需要的单位、部门及工程。（例如：目前，我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在部分地区和行业近40年的工程实践中，人工砂配制出了从C10-C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400m；配制出跨度达64m的预应力混凝土粱。在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155Mpa。人工砂可以广泛应用在混凝土、砂浆和制品中。

4. 接产条件
　　适合加工人工砂的矿山、尾矿、河卵石或其它原料。目前，原生产碎石的企业、水泥的矿山、各种金属矿比较适宜接产。
　　根据采用矿源的情况、加工人工砂的工艺、生产产量等因素，投资从几万元到几千万元不等，甚至一些尾矿只要经过检验合格就可以直接使用。主要设备为粉碎和筛分设备。主要能耗为电能，根据产量不同而不同。从几百千瓦到几千千瓦。人员根据产量不同而不同，从十几人到几十人。有一定的产品堆放场地。

5. 投资回收期及前景

　　利用尾矿生产人工砂当年就可以产生效益，投资几千万的生产线要3-5年的回收期。我院可以帮助企业解决开发、生产、使用人工砂的各种问题。

　　市场前景：只要搞基本工程建设，人工砂必然是主要的原料，市场非常广阔，需要量极大。以北京为例，年需砂2000万吨以上。而且，不必担心国外或国内其它地区的产品打入当地建筑用砂原料市场。投资人工砂生产与使用是一个长期稳健的项目，目前正是最佳时期。
6、合作方式：合作开发、技术入股、技术服务。 包括可行性研究、生产工艺设计、设备选型、人工砂产品质量检验、提供人工砂使用技术服务等各种服务内容，甚至完成"交钥匙工程"。

人工砂应用技术规程
前 言
　　根据北京市建委建科[1998]219号文的要求，本规程编制组经广泛调查研究，在认真总结实践经验，参考国内先进标准，广泛征求意见的基础上，制定了本规程。
本规程的主要技术内容是：1、总则2、术语3、基本规定4、规格、类别与用途5、技术要求6、配合比设计7、施工8、验收。
　　本规程由主编单位负责解释。
　　本规程主编单位：北京建筑工程学院（地址：北京市西城区展览馆路1号；邮编：100044）
本规程参编单位：北京市建设委员会建筑材料管理处、北京市建设机械与材料质量监督检验站、北京市混凝土协会砂石工作部、北京城建一建设工程有限公司、北京市第三建筑工程公司、北京润得丰建筑材料检测所、北京市第一建筑构件厂、北京虎跃混凝土有限公司火车头分公司、北京市高强混凝土有限责任公司、北京住总商品混凝土中心、黑河京河矿业开发有限责任公司北京分公司、北京水泥厂有限责任公司凤山矿、三河段甲岭镇第二采石厂、河南黎明路桥重工有限公司、郑州鼎盛工程技术有限公司、美卓矿机（香港）有限公司北京办事处、上海建设路桥机械设备有限公司。
　　本规程主要起草人：陈家珑、王建中、肖长玉、张国民、王丽娟、盖利军、郝效勇、李路明、孙金美、李彦昌、王玉棠、宋立国、冯德利、刘志、卢洪波、乔继科、赖德伟。
1 总 则
1.0.1 为配合国标《建筑用砂》GB/T14684-2001的实施，正确使用人工砂，保证建设工程的质量，特制定本规程。
1.0.2 本规程适用于使用人工砂的预拌混凝土、现场搅拌混凝土、建筑砂浆及混凝土制品。
1.0.3 在按本规程配制混凝土、砂浆和生产混凝土制品时，除应执行本规程外，尚应符合国家和本市有关现行标准、规范的规定。
2 术 语
2.0.1 人工砂 （manufactured sand）
经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂：由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。
混合砂：由机制砂和天然砂混合制成的砂。
2.0.2 石粉含量（material content finer than 75μm in manufactured sand）
人工砂中粒径小于75μm的颗粒含量。
2.0.3 石粉（rock fine）
加工前经除土处理，加工后形成粒径小于75μm，其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的物质。
2.0.4 亚甲蓝试验（methylene blue test）
用于判定人工石粉含量中主要成分是泥土还是石粉的试验。
2.0.5 压碎指标（crush value）
用于检验人工砂在自然风化和其它外界物理化学因素作用下抵抗破裂的能力及控制其颗粒形状的技术指标。
3 基本规定
3.0.1 人工砂的砂源必须按《建筑用砂》GB/T14684-2001的规定，进行型式检验（含碱集料反应）并向有关管理部门备案。
3.0.2 人工砂生产企业应向使用者提供3.0.1条规定的证明材料，并按《建筑用砂》GB/T14684-2001第7.2条和第8.1条规定提供每批产品的质量合格证。
3.0.3 使用人工砂生产结构用混凝土或制品时，应按人工砂出厂检验同等批量进行进场复验，复验的项目为颗粒级配、石粉含量、亚甲蓝试验、泥块含量、压碎指标。
3.0.4 上述证件不齐全或进场复验项目不合格的人工砂不得使用。
4 规格、类别与用途
4.0.1 规格
人工砂按细度模数分为粗砂、中砂、细砂三种规格，其细度模数分别为：
粗砂：3.7~3.1
中砂：3.0~2.3
细砂：1.6~2.2
4.0.2 类别
人工砂按国家标准《建筑用砂》GB/T14684-2001的技术要求分为I类、Ⅱ类、Ⅲ类。
4.0.3 用途
I类宜用于强度等级大于C60的混凝土；Ⅱ类宜用于强度等级C30-C60及抗冻、抗渗或其它要求的混凝土及制品；Ⅲ类宜用于强度等级小于C30的混凝土、建筑砂浆及制品。
5 技术要求
5.0.1 人工砂的质量要求应符合《建筑用砂》GB/T14684-2001第5.1~5.4条的规定和其他有关国家标准规范的要求。
5.0.2 对用于长期处于潮湿环境中工程的人工砂应符合《建筑用砂》GB/T14684-2001第5.1~5.4及5.6条的规定，对用于重要结构部位的人工砂应符合《建筑用砂》GB/T14684-2001第5.1~5.6条的全部规定。
5.0.3 人工砂的取样、试样处理、试验方法与判定规则应符合《建筑用砂》GB/T14684-2001第6章和7.3条的有关规定。
5.0.4 经亚甲蓝试验合格的人工砂石粉含量,对强度等级C30及以下的混凝土在试验验证的基础上可按不大于10%使用，在砂浆中使用时可按不大于12%使用。
5.0.5 人工砂应按产地、规格分别堆放，采取必要措施防止污染环境和混入杂质。
6 配合比设计
6.0.1 人工砂混凝土配合比设计应采用《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000的规定。
6.0.2 人工砂配制混凝土的砂率,应根据人工砂自身细度模数、石粉含量，按所选水灰比及其它材料的情况与用量经试验确定。石粉含量高的人工砂宜采用较低砂率，细度模数大的人工砂宜采用较高砂率；与相同情况天然砂配制的混凝土相比，当用于大水灰比（大于0.55）混凝土时，砂率宜增加1~2%，当用于小水灰比（小于0.45）混凝土时，砂率宜减少1~2%。
6.0.3 人工砂配制混凝土比相应天然砂配制混凝土的单位用水量宜适当增加，增加量由试验确定。
7 施 工
7.0.1 人工砂混凝土拌制、运输、浇筑等施工要求均与天然砂混凝土施工相同，但人工砂混凝土现场搅拌时间应比天然砂混凝土现场搅拌时间增加30s。
7.0.2 人工砂混凝土应按《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002关于混凝土养护的要求执行，施工技术方案中应有人工砂混凝土的早期养护措施。
8 验 收
8.0.1 人工砂混凝土的质量验收应符合《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107）和《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002的规定。
本规程用词说明
0.1 执行条文时，要求严格程度的用词，说明如下，以便在执行中区别对待：
1 表示很严格，非这样做不可的用词：
正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”。
2 表示严格，在正常情况下均应这样做的用词：
正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”。
3 表示稍有选择，在条件许可时首先应这样做的用词：
正面词采用“宜”或“可”，反面词采用“不宜”。
0.2 条文中应按指定的其它有关标准、规范的规定执行，其写法为“应按……”，或“应符合……要求（或规定）”。
如非必须按指定的其它有关标准、规范的规定执行，其它写法为“可参照……执行”。
条文说明
1 总 则
1.0.1 为解决我市大气治理、环境保护和建设用砂的综合需要，人工砂必将成为我市建设用砂的主要来源。目前，人工砂已被列入《建筑用砂》GB/T14684-2001标准中，编制本规程的目的是指导正确使用人工砂，确保建设工程质量。
1.0.2 本规程的适用范围是用于建设工程中水泥混凝土，建筑砂浆及其制品的生产和施工质量控制。
1.0.3 本规程的专业性较强，在人工砂的使用过程中，会涉及其他一些标准、规范，特制订此条文。
2 术 语
2.0.1 目前人工砂主要分为两大类，一类是单纯由矿石、卵石或尾矿加工的机制砂，一类是为充分利用地方资源，降低机制砂的生产成本，把机制砂与天然砂混合配制的砂。根据机制砂和混合砂的产品特点，把机制砂和混合砂都称为人工砂，执行人工砂的技术要求和试验方法。
2.0.2 一般情况下，天然砂和人工砂中小于75μm颗粒的组成是有区别的。为明确这种区别，天然砂中小于75μm颗粒含量称为含泥量，人工砂中小于75μm颗粒含量称为石粉含量。
2.0.3 石粉是机制砂生产过程中不可避免的伴生物质，为明确其与石粉含量的区别，特予以定义。
2.0.4 这是保证人工砂质量的试验方法之一，石粉对混凝土是有益的，泥对混凝土是有害的，但都小于75μm，用传统含泥量试验方法是无法区别的，而采用这种试验方法则可以准确区别小于75μm的物质是泥还是石粉。
2.0.5 人工砂采用检测压碎指标的试验方法来进行坚固性试验是根据贵州、河南、铁路等地区和部门多年实践的经验确定的。压碎指标不仅能直接检验出砂的抵抗破裂的能力，而且，对风化软颗粒砂、粘土含量大的砂和针片状颗粒含量超标的砂都有较好的检验效果。
3 基本规定
3.0.1~3.0.2 人工砂与天然砂相比，其质量对混凝土影响较大，但人工砂技术指标是可以调整控制的。因此，对生产企业必须有相应的质量和规模要求，从生产源头就保证人工砂的质量，并由生产厂家承担相应的责任。
3.0.3 为了确保工程质量，鉴于目前习惯做法，规定了人工砂的进场检验必试项目。
3.0.4 由于人工砂刚开始使用，为保证其顺利发展，要求必须严格，因此规定了人工砂生产源不合格或人工砂质量不合格不能在工程上使用。
4 规格、类别与用途
4.0.1 依据对国内多条人工砂生产线的调研情况及参照各地方制定的人工砂质量标准，以及从开发利用尾矿人工砂的角度出发，人工砂按细度模数还是分为粗、中、细三种规格比较合适。
4.0.2 根据国标《建筑用砂》GB/T14684-2001的分类而定。
4.0.3 本条文是推荐性条文，参照国标，根据实践经验，推荐出其使用范围。供使用者参考。
5 技术要求
5.0.1 依据国标，明确人工砂的质量标准和其他要求。
5.0.2 明确对于重要结构部位及长期处于潮湿环境中的工程，所使用的人工砂还应符合碱集料反应等技术要求，以保证人工砂混凝土的耐久性。
5.0.3 人工砂的试验与判定均应按国标的规定进行。
5.0.4 对于C30以下等级的混凝土，相对水泥用量较少，石粉含量较低的人工砂配制出的混凝土和易性较差；而用石粉含量较高的人工砂配制混凝土，石粉能改善混凝土的和易性，并能满足设计强度要求。本条文是在试验验证基础上，给出了石粉含量的经验控制指标。C30以上混凝土石粉含量控制指标可参照国标规定进行。针对具体工程，供需双方仍可在试验验证的基础上协商控制人工砂的石粉含量。
5.0.5 为了保护环境和产品质量的稳定制定本条。
6 配合比设计
6.0.1 经试验证明，人工砂采用《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2000进行配合比设计完全可行。
6.0.2 本条推荐了配制人工砂混凝土的砂率调整的一般规律，选用时还应根据具体情况具体分析，经试验确定。
6.0.3 因为人工砂的粒型和其石粉含量较高，决定了人工砂的比表面积增大、混凝土单位用水量的增加，增加量的多少决定于人工砂的具体情况，故应由试验确定。
7 施 工
7.0.1 因为人工砂含有较多的石粉，在拌制混凝土中不易搅拌均匀，所以现场搅拌时间应增加30s。但实践证明商品混凝土搅拌时间能满足要求，故不增加搅拌时间。
7.0.2 由于人工砂用水量和泌水性较大，混凝土表面水份易散失，故应加强早期养护。
8 验 收
8.0.1 人工砂混凝土质量检验的批量和试件数量与天然砂混凝土相同，故应符合现行有关验收规定。

【摘要】 本文通过试验分析不同粒径，不同材质的人工砂的基本材性，采用现代混凝土配合比设计理念，研究了人工砂高性能混凝土配合比的设计原则。通过分析粉煤灰、石粉含量对人工砂高性能混凝土在工作性和力学性能上的影响，确定粉煤灰的最佳掺量和石粉含量的范围；通过对人工砂和天然砂高性能混凝土性能的对比试验，结果表明人工砂完全可以替代天然砂配制高性能混凝土。
【关键词】 人工砂 高性能混凝土 配合比 石粉
1 引 言
随着经济建设的飞速发展，带来了土木建筑业的空前活跃, 道路、桥梁、铁路、机场、水工建筑、近岸结构、城市建设、通讯等基础设施的建设，使得建筑材料在质和量上都达到了历史上的最高水平，消耗了大量的资源。其中占混凝土体积70%以上的砂石骨料要开山采矿，挖掘河床，每年建筑用砂石约为30多亿吨，以北京市为例，每年建设用砂石就要6400万吨，其中，仅用于商品混凝土的中、粗砂2001年使用了1066万吨，2002年为1400万吨，2004年为近3000万吨，给资源和生态环境造成很大压力。目前北京商品混凝土行业的天然砂供应中中粗砂（细度模数2.6～3.1）紧张，大部分砂细度模数在2.3～2.4。随着混凝土技术的迅速发展,特别是高强度等级和高性能混凝土对骨料的要求很严,能满足其要求的天然砂数量越来越少。由于砂资源短缺,价格上涨,在经济利益的驱使下,在我国很多地区都出现了滥采乱挖天然砂的情况,特别在前几年,毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比比皆是。其次是环境保护的需要，由于天然砂的无序生产,在生产、储存和运输过程中还造成对空气和环境的污染,国务院和各地人民政府不得不相继出台了禁采或限采天然砂的规定。鉴于实际情况，于2002年2月1日起实施的新国标《建筑用砂》（GB/T14684-2001）增加了人工砂为建筑用砂之一，并规定了人工砂的定义、技术要求、检验方法。国内以人工砂等替代天然河砂生产混凝土的规模越来越大。今后人工砂将作为建筑用砂的重要来源而挤身于建材市场[1]。
2 试验原材料
2.1 水泥。北京兴发水泥厂生产的P.O42.5水泥,主要物理性能指标见表1人工砂高性能混凝土配制技术研究.doc

讲的很详细，要是能打包下载就好了。

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