中国电建集团江西省水电工程局有限公司江西省南昌市330096
摘要：由于天然砂资源的匮乏，人工砂作为一种较为理想和实际的替代材料，正被越来越广泛地应用于各种工程建筑中。针对人工砂的特点，将混凝土配合比设计思想应用到人工砂混凝土中去，克服人工砂粗糙度大、含粉量高、级配不良等缺点，配制出高性能混凝土，应用到工程实际，提出人工砂在C55高强混凝土中应用的技术指标和应用建议。
关键词：人工砂；高性能混凝土；配合比
引言
众所周知，C55高强混凝土的配合比设计对原材料的选用要求较高，尤其是起骨架作用的粗细骨料在混凝土所占比例应＞65%，骨料质量好坏不仅仅关系到混凝土强度，还直接影响到混凝土的收缩情况，合理的骨料比例可以有效地抑制混凝土的开裂。而细骨料的品质更为重要，其直接影响到混凝土的工作性能，随着河砂的价格不断上涨，混凝土公司的压力不断增加，作为新型建材的人工砂的选用成为混凝土公司减少压力的最佳方法。
1人工砂的特点
根据国家关于建筑混凝土结构工程施工质量标准的的相关规定，混凝土结构工程需要采用普通混凝土用砂质量的检验标准对砂进行检验、验收、和使用。如果砂作为他用，则需按照国家标准进行检验。根据行业的标准，人工砂指的是经过被开采、机械粉碎、筛分的岩石，中粒径不大于5mm的颗粒。人工砂跟天然砂相比较的突出特点是其质地更加坚硬、具有疏松多孔的表面、棱角比较尖锐、具有良好的黏结性等特点，并且每项物理指标如密度、表观密度、空隙度以及细度模数都和天然砂没有多大差别。使用人工砂的不但能使低成本降低，还能保护自然环境，提高资源的利用率，产生更大的社会效益。
目前的人工砂大多数是中粗型砂，细度模数介于2.6～3.6之间，含有少量的石粉，人工砂的形状多数为三角体或方矩体。当配制塑性混凝土时，如果使用人工砂，混凝土的配制会需要更多的水，其保水性会变差，容易沁水，但是混凝土的强度会有所提高，收缩性变大。可以通过设计正交实验的方法来研究人工砂的掺入比会对混凝土的坍塌度、强度和收缩的影响。比较实验的结果显示，天然砂要比人工砂的和易性更好，不过天然砂前期的强度没有人工砂高，但是随着混凝土水胶比下降，掺入高效的减水剂之后，最终情况基本会相同，而且人工砂为原料建成的建筑更不容易坍塌。按天然砂的性质进行混凝土配比设计，人工砂需要更多的水，保水性差容易泌水，特别是在水泥用量较少的强度等级低的混凝土中表现更加明显。与相同条件下的天然砂相比，在其它条件都相同的情况下，使用人工砂配置出的混凝土1在14天内的强度会有所提高，塌落度会减小，如果要保持塌落度不变化，就需加更多的水，同时要加入更多的水泥。
2高强混凝土原材料的选用
（1）水泥。水泥采用普通硅酸盐水泥，强度为42.5Ｒ，生产厂家为贵州海螺水泥有限公司，烧失量4.06%，游离氧化钙含量为0.9%，碱含量为0.53%，比表面积330㎡/kg，氯离子含量为0.011%，初凝时间190min，终凝时间280min，抗压强度3d为25.6MPa，28d为50.3MPa，3d抗折强度为4.9MPa，28d为8.0Mpa，安定性合格。（2）细骨料。细骨料采用人工砂，生产厂家为贵州黔西大尖山砂石厂，细度模数为3.1，属于Ⅱ区中砂，表观密度为2660kg/m3，堆积密度为1570kg/m3，紧密密度为1760kg/m3，石粉含量为5%，亚甲蓝MB值为0.3g/kg。（3）粗骨料。粗骨料采用粒径为5－16mm和16－31.5mm的连续级配碎石，生产场地为宏华砂石场，含泥量为0.2%，泥块含量为0%，针片状颗粒含量为1.5%，氯离子含量为0.001%，碱活性为0.038，抗压强度为97Mpa，压碎指标为7.2%。（4）外加剂。外加剂采用聚羧酸型高效减水剂，生产厂家为湖南桑穆斯建材公司，型号为S－4000型，收缩率比102%，含气量为2.7%，减水率为27.3%，60min坍落度保留值为175mm，初凝时间差+30min，终凝时间差－10min，氯离子含量为0.05。（5）掺合料。掺合料有粉煤灰和磨细矿粉两种，粉煤灰为F类II级，生产厂家为黔西电厂有限公司，烧失量为2.84%，需水量比100%，细度为12%，S03含量为0.53%，CaO含量为2.18%；磨细矿粉采用S95级矿碴粉，生产厂家为贵阳飞翔新型建材有限公司，MgO含量为8.62%，S03含量为2.30%，烧失量为1.42%，比表面积450m2/kg，密度为2.9g/cm3，流动度比为102%，28d活性指数为101%。双料的掺加不仅可以减少水泥用量，降低生产成本，还可以有效地改善混凝土的和易性。（6）拌合水。拌和水直接采用自来水，碱含量为218mg/L，氯离子含量为120mg/L，符合混凝土用水的规范要求。
3高强混凝土生产及施工质量控制
3.1级配的控制
由于不同地区生产出的机制砂的粒型和级配就可能会有区别。在进行配合比的试验前要求掌握它详细的级配情况，以此来制定调整的措施，既可以对生产工艺进行调整，也可以将一定比例的细度模数比较小的河砂掺入，使其级配能够满足最终的要求。粒径小于0.315mm的细颗粒如果变少，混凝土的强度容易降低，而且会产生泌水。
3.2石粉和泥粉含量控制
对于高强人工砂混凝土而言，由于混凝土中胶凝材料用量较高，水胶比较低，混凝土中本身连通毛细孔较少，所以石粉的存在对于强度、抗渗性、抗冻性能等都无明显不利的影响。泥粉也是机制砂生产中的一种附属产物，其作用与石粉相反。随着泥粉含量的增加，混凝土的坍落度明显减小，需水量增大，含气量和强度都呈明显的下降趋势，拌合物的工作性能也明显降低，粘聚性差。
3.3掺合料用量的控制
为提高混凝土耐久性的聚羧酸高效减水剂及具有潜在活性的矿物掺合料，对其工作性能进行改善、提高其耐久性，在进行配合比优选时掺入减水率要高、坍落度损失要小。若把混凝土视为连续级配的颗粒堆积体系，那么在使用中，细集料之间的空隙需要用水泥来填充，粗集料之间的空隙需要细集料来填充，水泥之间的空隙则需用更细的颗粒来填充，这样层层填充，使各个材料间更加紧密。
3.4砂率控制
由于人工砂粒形不如天然砂圆滑，在同配比的情况下，拌制的混凝土流动性较差，因此试配时可适当增大砂率，以调节混凝土的工作性能。调整砂率时应结合施工条件、施工工艺以及运输等因素综合考虑，在保证混凝土的强度、工作性和耐久性都满足要求的情况下，砂率也不宜过高，以保证配合比的经济性，一般确定在40%左右。
结语
砂作为混凝土结构材料的重要组成部分，其质量优劣对整个工程的质量及耐久性具有举足轻重的影响。在天然砂资源缺乏的地区，使用人工砂进行混凝土施工生产不仅是可行的，而且具有显著的综合效益，用人工砂配制的高性能混凝土与天然砂并无大的区别。进行配合比设计时，必须对人工砂的特点，在满足用砂性能指标的前提下，通过用水量、砂率配比调整与矿物掺合料技术进行配合比设计与性能优化，这样才能配制出满足要求的高性能混凝土，达到既满足施工质量要求，又能有效控制生产成本的目的。
参考文献
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