《人工制砂技术的应用与发展-第五章》

《人工制砂技术的应用与发展-第五章》

导读：上一章谈到制砂机中的智能节能、低碳环保半干式制砂技术  本章内容是制砂机设备中的人工砂石系统研究的关键因素

2 人工砂石系统研究的关键因素

2. 1 砂的含水率与混凝土的关系

针对碾压混凝土对砂石骨料质量的特殊要求，砂的含水率波动在碾压混凝土中影响 VC 值，含水率过高影响温控混凝土加冰，对于温控要求高的大体积混凝土，当砂的含水率达到规范上限 6% 时，往往加冰较为困难。含水率波动直接带来混凝土水灰比的波动，从而影响混凝土的强度，所以砂的含水率要求在小于 6% 的同时，其波动值小于 1%，这个指标在全湿式制砂系统很难做到。湿式制砂入仓含水率为 12% ～17%，含水率要 7 d 以上才能降低到 7%，当玄武岩在含火山角砾熔岩及凝灰岩时在长达 45 d 脱水后其含水率才能稳定在 10%左右。砂中粗颗粒裹粉问题: 实测 7 d 脱水后的砂，其粗颗粒( 1. 25 ～ 4. 75 mm) 表面包裹 1 层小于0. 045 的粉末，在混凝土的拌制过程中不能完全从砂的粗颗粒上剥离开，造成水泥与砂的粗颗粒结合黏连性差，按 2. 5 ～4. 75 mm 的粗颗粒占砂的 18%计，如果其中 50% 被包裹，混凝土试验结果其强度会降低 4%。另外湿式制砂的石粉主要由棒磨机生产，必须另增加收回设备回收石粉，回收投入较大，且回收小于 0. 075 的石粉较为困难。经统计，国内湿式制砂工艺生产的石粉含量能回收利用的最大才 16%。

当然以上这两大问题在干式制砂中都不存在，但干式制砂的问题主要是干式制砂过程中粉尘污染严重，砂下落堆存过程中易产生分离，常发生砂料堆上部的细度模数小于 2. 3、下部细度模数大于3. 3 的现象，使用过程中因取料点的不同而造成细度模数的变化较大，影响混凝土生产的均匀性; 湿式制砂也有同样的问题，只是离散性小一些。大量试验表明，当砂的细度模数为 2. 5 ～2. 7、含水率为3. 5% ～ 4. 5% 时，以上问题均不会发生，在 18 m 高的砂堆上任何一点取样，细度模数波动值均小于0. 12，7 d 堆存后砂中粗颗粒表面无裹粉板结现象。

2. 2 砂与混凝土的关系

2. 2. 1 砂的石粉含量与混凝土的关系

早在 1962—1964 年，水电九局在贵州猫跳河的二级和四级水电站建设中作了西南三省天然砂与人工砂的对比研究( 人工砂石粉与混凝土抗压强度的关系) 后得出结论: 骨料中石粉对混凝土性能有影响，当 FM = 2. 5、石粉含量达 15% 时抗拉与抗压强度均最大。其后在水工混凝土应用人工砂石大量的工程实践证明，骨料中的石粉能提高碾压混凝土密实性，改善混凝土抗渗性能、变形性能和施工和易性; 石粉可作水泥掺合料，替代部分粉煤灰;还能增大混凝土中浆体材料含量，从而使振压后层面容易泛浆，改善了层面结合质量。2001 年 1 月 1日开始实施的 DL/T 5112—2000《水工碾压混凝土施工规范》就将小于 0. 16 mm 的石粉含量由 17% 扩大到 22%，其最优石粉含量为 16% ～ 22%; DL/T5144—2001《水工混凝土施工规范》将小于 0. 16mm 的石粉含量由 12% 扩大到 18% ，试验表明砂中小于 0. 08 mm 的石粉含量应达到 8% ～ 10% 为宜。成品砂中粒度小于 0. 16 mm 的石粉在碾压混凝土中的作用越来越被重视，甚至成为碾压混凝土不可缺少的组成部分，以改善碾压混凝土的抗分离性能。在碾压混凝土拱坝施工中，天然砂石料缺少石粉，如福建溪柄以及云南弄另、景洪水电站专门采用石灰岩、火山岩粉作石粉掺用，以改善混凝土抗渗性; 索风营水电站碾压混凝土坝工程由于砂石系统生产的石粉含量为 17. 5% ～ 21. 8%，平均达19. 22% ，质量稳定，所以在大坝混凝土施工 3 个月后，调整降低了 6%的粉煤灰掺量。水电站工程用混凝土均是现场取样做人工砂石粉含量与混凝土的关系试验，最终确定施工配合比，选取优质配合比作为对砂石系统生产质量控制的要求。

2005 年贵州龙洞堡机场道面混凝土配合比试验时，对不同掺量小于 0. 16 mm 石粉所拌制的混凝土做了对比试验，见表 7

表7  龙洞堡机场道面混凝土的抗压强度对比

石粉中小于 0. 075 mm 的含量为 8%，试验数据表明，人工砂混凝土中小于 0. 16 mm 骨料含量为 15%时混凝土的抗压强度最大，而用天然砂制成的混凝土中小于 0. 16 mm 骨料含量高则对抗压强度基本没任何改善。这表明现行的混凝土细骨料的规范对混凝土的应用有不适当的约束。在人工砂中增加小于 0. 075 mm 石粉，当其含量达到 8% ～10% 时，对混凝土的性能非常有益。使用高石粉含量的人工砂制备的混凝土比使用天然砂制备的混凝土有更高的抗压强度。结论为人工砂制备的混凝土的抗压和抗折强度均高于优质天然砂。

现在建筑行业如核电、机场、高铁的高标号混凝土均使用人工砂石。传统的混凝土生产技术和观念认为，特细骨料( 小于 0. 075 mm) 的含量要保持到绝对最小。在混凝土生产中，对石粉小于 0. 075mm 的掺量问题主要受制于 JGJ /52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规范的规定:限制了小于 0. 075 mm 的石粉使用，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。水电九局曾探索用少量比例的石粉代配混凝土，发现其 28 d 强度比对照组提高了10% ～ 15% ，2003 年将其应用于索风营水电站大坝混凝土中，代替了 6% 的粉煤灰掺量。有的生产企业也做过类似的试验，且替代的比例很高，结果是混凝土用水量减少、和易性改善、流动性提高并减少了泌水; 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～ 2 μm。

2. 2. 2 制砂的连续级配( 细度模数) 与混凝土的关系

砂石骨料的孔隙率的大小直接影响混凝土的强度，以石灰岩为例，砂的颗粒级配孔隙率上限为42% 、下限为 35% ，当孔隙率在 38. 3% 以下时，在做 C30 混凝土试验时，发现混凝土的抗压强度增长与砂的孔隙率降低成反比，孔隙率降低 1 个百分点，混凝土强度增长 1 MPa。在和易性一定的情况下，混凝土所需细骨料的级配受骨料本身特性的影响较大，不同粒形将影响骨料的孔隙率，从而影响混凝土配比、力学性能和混凝土拌制的经济性。粒形方正的颗粒比针片状的颗粒更适合做混凝土骨料，因为每单位体积中它们的表面积相对较小，同时，压实后有更高的密实度。细度模数的波动会影响混凝土的和易性，造成混凝土的质量波动较大。

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