國家標準GB/T14684?2001《建筑用砂》已于2002年2月1日起實施。新標準的實施對保證在“十五”期間滿足我國建設(shè)所需用砂的數(shù)量和質(zhì)量、充分利用資源、保護環(huán)境,以及規(guī)范建筑砂石市場將起到積極作用。

新國標是在GB/T14684?1993基礎(chǔ)上修訂的,修訂首要的內(nèi)容就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、檢驗方法。人工砂將廣泛進入我國建筑領(lǐng)域砂，但現(xiàn)在，除了少數(shù)地區(qū)和部門對人工砂有所了解外,大多數(shù)地區(qū)和行業(yè)對人工砂還很陌生。為使對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。

人工砂進入建筑市場是建設(shè)市場形勢發(fā)展的需要

隨著改革開放的深入發(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,是短時內(nèi)不再生和長距離運輸?shù)?隨著基本建設(shè)的日益發(fā)展,在我國不少地區(qū)出現(xiàn)天然砂資源逐步減少、甚至無天然砂的情況,混凝土用砂供需矛盾尤為突出,而砂的價格越來越高,在有些地區(qū)高達110元/噸,用砂高峰時還無砂可用,影響了工程建設(shè)的進展。

隨著混凝土技術(shù)的迅速發(fā)展,現(xiàn)代混凝土對砂的技術(shù)要求則越來越高,特別是高強度等級和高性能混凝土對骨料的要求很嚴,能滿足其要求的天然砂數(shù)量越來越少,甚至沒有。

環(huán)境保護的需要

由于砂資源短缺,價格上漲,在經(jīng)濟利益的驅(qū)使下,在我國很多地區(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,由于天然砂的無序生產(chǎn),在生產(chǎn)、儲存和運輸過程中還造成對空氣和環(huán)境的污染,國務(wù)院和各地人民政府不得不相繼出臺了禁采或限采天然砂的規(guī)定。

我國有大量的金屬礦和非金屬礦,在采礦和加工過程中伴隨產(chǎn)生約20%的尾礦,有相當尾礦沒有合理利用,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)過適當分選與加工,不少尾礦就可以制成人工砂,既解決了環(huán)境污染問題,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60年代起,因為一些建設(shè)工程的環(huán)境條件所限,我國水電、建筑部門就開始用當?shù)厥倪M行機制砂的生產(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)模使用機制砂,并制定了地方標準。以后,云南、河南也相繼出臺了人工砂地方標準或使用規(guī)程。90年代以來,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,并進行人工砂的使用研究。幾十年大量的工程實踐,證明了使用人工砂在經(jīng)濟上是合理的,技術(shù)上是成熟的。國外,美、英、日等工業(yè)發(fā)達國家使用人工砂也有幾十年的歷史,將人工砂納入其國家標準的時間至少30年以上。

目前,國內(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,國內(nèi)外有不同的品牌、型號的制砂設(shè)備可供選擇。因此,發(fā)展人工砂勢在必行。

根據(jù)國標規(guī)定,凡經(jīng)除土處理的機制砂、混合砂都統(tǒng)稱為人工砂

機制砂的自身主要特點是: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準天然砂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。但由于全國各地機制砂的生產(chǎn)礦源的不同、生產(chǎn)加工機制砂的設(shè)備和工藝不同,生產(chǎn)出機制砂粒型和級配可能會有很大的區(qū)別,但機制砂的粒型和級配都是可以調(diào)整和改進的,在這一點上,機制砂與天然砂有著很大的區(qū)別。

由人工砂本身的特點所決定,與條件相同天然砂相比,在配比設(shè)計、其它材料、成型養(yǎng)護條件都相同的情況下,用人工砂配置出混凝土的特點是:塌落度減小,混凝土28天標準強度提高;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,混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規(guī)律乾地混凝土配比設(shè)計,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度等級混凝土中表現(xiàn)明顯;而如果根據(jù)人工砂的特點進行混凝土配比設(shè)計,通過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)計規(guī)程的配比設(shè)計方法完全適用于人工砂。正確使用人工砂的混凝土密實度大、抗?jié)B、抗?jié){性能好,其它物理力學性能和長期耐久性均能達到設(shè)計使用要求。人工砂特別適合于配制高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。

目前,我國較大的三峽工程、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400米;配制出跨度達64米的預(yù)應(yīng)力混凝土梁。在試驗室設(shè)計強度C100的混凝土90天實際強度達到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)人工砂過程,如何認識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,實際是人工砂的級配范疇)。標準石粉的定義是: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。天然砂中的泥對混凝土是有害的,必須嚴格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對混凝土是有益的,有適量石粉的存在,彌補了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同時,它的摻入對完善混凝土特細骨料的級配(在這一點上,天然砂由于其生產(chǎn)工藝的限制,其特細級配部分是不完善的),提高混凝土密實性都有益處,進而起到提高混凝土綜合性能的作用。

為防止人工砂的開采、加工過程中因各種因素摻入過量的泥土,而這又是目測和傳統(tǒng)含泥量試驗所不能區(qū)分的,新標準特別規(guī)定了測人工砂石粉含量必須先行亞甲藍MB值的檢驗或快速檢驗,這樣就避免了因人工砂石粉中泥土含量過高而給混凝土帶來的負作用。

在新國標實施以前,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)果既浪費了資源,又形成了新的污染。新國標實施后,對人工砂中的石粉有了明確的要求和試驗方法,因此,在人工砂的生產(chǎn)過程中宜把除土處理放在原料加工前進行,加工后盡量保留和利用人工砂的石粉,除了分級利用石粉外,還可以用一定的裝置將石粉收集起來用在其它方面,提高產(chǎn)品附加值。

我國幅員遼闊,全國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、粒級分布、石粉含量等會有不小的差別,但只要人工砂的質(zhì)量完全達到國標的技術(shù)要求,無論人工砂的礦產(chǎn)原料、加工工藝、加工設(shè)備如何,就可以使用。相反,人工砂的質(zhì)量達不到新國標的技術(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)改進質(zhì)量,人工砂生產(chǎn)者也完全可以改進并達到新國標的質(zhì)量要求,這就是人工砂比天然砂有質(zhì)量保證的一個優(yōu)勢。全國天然砂的質(zhì)量區(qū)別不大,使用者一般都有經(jīng)驗,而人工砂質(zhì)量區(qū)別較大,使用者缺乏經(jīng)驗,只要嚴格按新標準各項規(guī)定進行檢驗,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場后的試驗,建筑用砂的技術(shù)和質(zhì)量的責任幾乎全落在了使用者的身上,這種控制實際上非常被動和無奈,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)無論規(guī)模大小,總要在固定的生產(chǎn)場地、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)、提高對人工砂生產(chǎn)企業(yè)的要求是必要和可能實現(xiàn)的。雖然目前大多數(shù)建筑用砂生產(chǎn)廠家從來沒有提供過砂產(chǎn)品合格證,但新國標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)堅持執(zhí)行新標準中的這一規(guī)定,使建筑用砂質(zhì)量得到有效的保障和提高,工程質(zhì)量也就進一步得到保證和落實。