機(jī)制砂的應(yīng)用技術(shù)與成本

1、機(jī)制砂的應(yīng)用技術(shù)與成本砂是生產(chǎn)混凝土最主要的原材料，占集料40%左右，以往主要采用天然河砂，經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)開(kāi)采，天然河砂的資源急劇的減少，有些地區(qū)天然河砂已近枯竭。且近期隨著環(huán)保力度的加強(qiáng)，地方政府為保護(hù)江堤河壩、保護(hù)生態(tài)平衡，加大了禁采力度，使得天然河砂一直處于緊缺或無(wú)砂可供狀態(tài)。廣東省同樣面臨上述問(wèn)題，2018年年中河砂暴漲至195元/噸，且基本處于有價(jià)無(wú)貨狀態(tài)，且隨著河砂的緊缺，各種低質(zhì)河砂甚至海砂流入市場(chǎng)，對(duì)工程質(zhì)量造了嚴(yán)重的隱患，因此機(jī)制砂的應(yīng)用非常必要和緊迫。機(jī)制砂的優(yōu)點(diǎn)是材料來(lái)源廣泛，質(zhì)量易于把控，經(jīng)合理調(diào)控使用性能同河砂相當(dāng)，能夠滿足建設(shè)需求，而且應(yīng)用成本具有巨大優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)建

2、設(shè)市場(chǎng)的發(fā)展方向，對(duì)環(huán)境保護(hù)也非常有利。采用機(jī)制砂生產(chǎn)混凝土將帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，是混凝土應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢(shì)。為更好的應(yīng)用好機(jī)制砂，2017年6月，廣東省出臺(tái)了公路工程機(jī)制砂水泥混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范用于指導(dǎo)廣東省的機(jī)制砂的規(guī)范化應(yīng)用，武深高速新豐至博羅段的建設(shè)管理者，把綠色公路的理念用于設(shè)計(jì)、施工中，積極推進(jìn)機(jī)制砂的生產(chǎn)加工，在土建標(biāo)及路面標(biāo)的低于C50強(qiáng)度等級(jí)的混凝土工程中大規(guī)模應(yīng)用，積累了經(jīng)驗(yàn)，取得了一定應(yīng)用成果，確保工程質(zhì)量的同時(shí)，控制了建設(shè)成本和工期，一定程度上也保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。1機(jī)制砂的特性及對(duì)混凝土的影響分析1.1機(jī)制砂與河砂的的特點(diǎn)分析為將機(jī)制砂更好的應(yīng)用于混凝土中，通過(guò)

3、選取河砂和3種不同生產(chǎn)工藝、不同母巖、不同批次的機(jī)制砂進(jìn)行特點(diǎn)分析比較，各樣品篩分結(jié)果見(jiàn)表1所示。從顆粒組成的統(tǒng)計(jì)結(jié)果及篩分曲線圖進(jìn)行分析，河砂及4種機(jī)制砂級(jí)配均符合國(guó)標(biāo)建設(shè)用砂中的級(jí)配II區(qū)，相對(duì)于河砂，機(jī)制砂1.18mm之上顆粒通過(guò)率均小于河砂，說(shuō)明1.18mm之上顆粒數(shù)量比河砂要多；0.3mm篩孔之下的顆粒通過(guò)率均大于河砂，說(shuō)明0.3mm篩孔之下顆粒數(shù)量均比河砂要多，總體上顆粒級(jí)配較天然河砂而言呈現(xiàn)兩頭大，中間小的情況。不同生產(chǎn)工藝、不同母巖、不同批次的機(jī)制砂波動(dòng)較大。河砂是天然石在自然狀態(tài)下，經(jīng)水的作用力長(zhǎng)時(shí)間反復(fù)沖撞、摩擦產(chǎn)生的，其表面有一定光滑性，顆粒渾圓，而機(jī)制砂是由機(jī)械破碎而成

4、，顆粒形狀不規(guī)則，其粒形多數(shù)為三角形或方矩形，顆粒表面粗糙，多尖銳棱角，針片狀顆粒較多。按照公路工程集料試驗(yàn)規(guī)程棱角性試驗(yàn)(流動(dòng)時(shí)間法)檢測(cè)的機(jī)制砂通常為3040s之間，而河砂為2025s之間。河砂的含泥量一般都按照規(guī)范要求控制在3%以下，而機(jī)制砂的石粉及泥土總含量根據(jù)不同的生產(chǎn)工藝有較大的區(qū)別。其中機(jī)制砂含泥量需要用砂當(dāng)量或亞甲藍(lán)法進(jìn)行檢測(cè)，在采用干法除粉和濕法除粉的過(guò)程中，生產(chǎn)工藝較差的機(jī)制砂的石粉可能被過(guò)少或過(guò)多的去除。在表1中選取的機(jī)制砂為生產(chǎn)工藝較為成熟的產(chǎn)品，其中濕法機(jī)制砂0.075mm篩下含量約為24%之間，干法機(jī)制砂0.075mm篩下含量約為8%，本文選取的機(jī)制砂砂當(dāng)量均大于規(guī)

5、范值，亞甲藍(lán)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于要求值，說(shuō)明0.075mm篩下含量主要由石粉構(gòu)成。機(jī)制砂礦物成分和化學(xué)成分與母材是一致的，沒(méi)有天然砂那么復(fù)雜，較好的母材生產(chǎn)的機(jī)制砂有更好的抗壓性能，使用壽命也更長(zhǎng)。機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)通常為2.63.6之間，且其細(xì)度模數(shù)可根據(jù)需要調(diào)整生產(chǎn)工藝來(lái)改變。1.2機(jī)制砂特性對(duì)混凝土性能的影響混凝土的性能主要包括工作性和28d抗壓強(qiáng)度，其中工作性包括流動(dòng)性、粘聚性、保水性和易振性，其主要測(cè)試方法有:坍落度試驗(yàn)和維勃稠度試驗(yàn)。機(jī)制砂因?yàn)榧?jí)配不佳，各粒徑的顆粒組成比例差異較大，與最大密度理論曲線有所偏差，且顆粒尖銳棱角多、表面粗糙，對(duì)混凝土的工作性易造成坍落度損失大、拌合物泌水、粘聚性較

6、差及泵送混凝土壓力大等問(wèn)題。主要原因是雖然機(jī)制砂的表面粗糙和顆粒尖銳對(duì)骨料和水泥的粘結(jié)是有利的，但骨料間的內(nèi)摩擦較大，阻止了混凝土的流動(dòng)。為改善解決上述問(wèn)題，適中的石粉含量對(duì)混凝土的工作性十分重要。試驗(yàn)結(jié)果表明，石粉含量較低時(shí)，混凝土?xí)霈F(xiàn)粘聚性差、泌水的情況，坍落度小，流動(dòng)性不足，坍落度試驗(yàn)中混凝土錐體自行坍塌。適當(dāng)提高機(jī)制砂中的石粉含量，可使得混凝土變黏，包裹性更好，一定程度上改善了混凝土的泌水性和粘聚性，坍落度也增加明顯，但過(guò)量石粉會(huì)使其的副作用加大，需水量急劇增加，混凝土黏性增加很大，混凝土流動(dòng)性降低，工作性能降低，通常石粉含量在7%到9%之間時(shí)，會(huì)有較好的工作性，各方面性能能取得均衡

7、，應(yīng)用效果較好。機(jī)制砂對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響主要取決于機(jī)制砂的母巖巖性、機(jī)制砂級(jí)配、含泥量、石粉含量，機(jī)制砂的外觀使得砂顆粒之間的咬合比較緊密，在級(jí)配較好的情況下，機(jī)制砂對(duì)混凝土的強(qiáng)度有一定的提升，而石粉可以看作混凝土的微骨料，且具有輕微的活性，可以與水泥發(fā)生反應(yīng)，石粉還可誘導(dǎo)水泥水化產(chǎn)物析晶，加速水泥的水化反應(yīng)，一般來(lái)講在石粉含量不超過(guò)15%的情況下，石粉對(duì)混凝土的力學(xué)性能基本是向有利方向發(fā)展的，超過(guò)15%時(shí)會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成不利影響。2機(jī)制砂應(yīng)用實(shí)例武深高速新豐至博羅段某路面標(biāo)水泥混凝土面層原使用河砂進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)，其配合比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及實(shí)測(cè)和易性、28d強(qiáng)度如表2所示。該配合比在使用一段時(shí)

8、間后，因河砂市場(chǎng)價(jià)格突然飆漲，且難以正常供應(yīng)，質(zhì)量也難以保證，為保供應(yīng)控成本，決定采用機(jī)制砂生產(chǎn)混凝土。經(jīng)考慮供應(yīng)、成本及質(zhì)量等因素仔細(xì)比選，選定使用表1中的水洗花崗巖機(jī)制砂進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，試配設(shè)計(jì)配合比參數(shù)情況如表3所示。該配合比與原河砂配合比比較，水泥用量有了較大的提升且水灰比有所下降，這主要是為了保證機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度，通過(guò)提升水泥漿的用量和提高2%的砂率，來(lái)保證混凝土的工作性能不降低。在進(jìn)行試拌及坍落度試驗(yàn)后，實(shí)測(cè)坍落度偏大，但混凝土拌合物更大的問(wèn)題是粘聚性非常差，錐體無(wú)需敲擊會(huì)自動(dòng)坍塌，有嚴(yán)重的泌水情況，經(jīng)過(guò)分析，該機(jī)制砂的石粉含量偏低，雖然水泥漿用量較多使得流動(dòng)性足夠，但機(jī)制砂的級(jí)

9、配和顆粒特征在石粉含量偏低時(shí)，降低了拌合物的黏滯性和保水性能，通過(guò)以上思路對(duì)配合比重新進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整如表4所示。調(diào)整后的配合比在水泥用量不變的情況下降低了用水量，降低水灰比，將砂率又提高了2.2%，通過(guò)增加水泥漿體的黏稠度和增加細(xì)集料用量來(lái)彌補(bǔ)石粉較少的缺陷，該比例的混凝土拌合物實(shí)測(cè)的坍落度、粘聚性、保水性都為良好，實(shí)測(cè)的28天抗折和抗壓強(qiáng)度較原河砂配合比提高了15%和4%，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)路面施工大規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)混凝土狀態(tài)良好，施工完成的混凝土路面外觀平整、密實(shí)、各項(xiàng)指標(biāo)良好。3機(jī)制砂混凝土材料成本分析混凝土的成本主要為材料成本，因此為對(duì)比機(jī)制砂和河砂混凝土成本差異，僅根據(jù)配合比材料用量及單價(jià)進(jìn)行混凝

10、土成本核算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5所示?？梢?jiàn)在現(xiàn)行市場(chǎng)價(jià)格下，每方水泥混凝土面采用機(jī)制砂較采用河砂可節(jié)省材料成本52.53元，目前混凝土路面工程量幾十萬(wàn)方，經(jīng)濟(jì)效益巨大。而機(jī)制砂加工技術(shù)成熟、母材選取廣泛、又可在工程施工過(guò)程中利用邊坡石方、隧道洞碴加工，充分利用好公路資源、保護(hù)環(huán)境。4制約機(jī)制砂應(yīng)用的因素及對(duì)策4.1機(jī)制砂的質(zhì)量目前制約機(jī)制砂應(yīng)用的主要原因是市場(chǎng)上機(jī)制砂質(zhì)量不容樂(lè)觀，大部分企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小，生產(chǎn)工藝落后，為節(jié)省成本常采用邊角廢料生產(chǎn)機(jī)制砂，造成機(jī)制砂質(zhì)量不穩(wěn)定，級(jí)配波動(dòng)大，含泥量超標(biāo)，施工單位難以掌控，忌憚心理排斥使用。為解決這一問(wèn)題需要行業(yè)主管部門加強(qiáng)引導(dǎo)，抓大放小，培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)企業(yè)，淘汰

11、落后產(chǎn)能，提高機(jī)制砂的質(zhì)量。對(duì)于高速公路建設(shè)而言，由于用量大，為把控質(zhì)量，可自建機(jī)制砂生產(chǎn)線，購(gòu)進(jìn)合格粗集料自行生產(chǎn)，則可有效控制機(jī)制砂質(zhì)量，目前武深高速新豐至博羅段所用機(jī)制砂均由施工單位自加工，成本低廉，性能優(yōu)越穩(wěn)定。4.2政策因素主管部門對(duì)機(jī)制砂的利用持保守態(tài)度，個(gè)別地區(qū)甚至下發(fā)紅頭文件限制甚至禁止使用機(jī)制砂，如明確限制了機(jī)制砂僅能應(yīng)用于附屬工程，要求現(xiàn)澆、懸澆、斜拉等重要橋梁、預(yù)制梁板、隧道、房建等主體結(jié)構(gòu)暫不采用機(jī)制砂。由于政策因素制約，導(dǎo)致建設(shè)及施工單位應(yīng)用機(jī)制砂政策阻力較大，往往需要多方溝通論證才能在部分工程中少量應(yīng)用。而目前河砂資源枯竭，機(jī)制砂必將逐步替代河砂成為主流。因此，行業(yè)

12、主管部門需鼓勵(lì)機(jī)制砂的應(yīng)用，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目工程質(zhì)量管控、成本工期控制將起到重大作用。4.3專業(yè)人才相對(duì)短缺由于機(jī)制砂應(yīng)用不廣泛，造成能熟練掌握機(jī)制砂生產(chǎn)和機(jī)制砂混凝土配比的專業(yè)技術(shù)人員短缺，也在一定程度上制約了機(jī)制砂的應(yīng)用推廣。應(yīng)加強(qiáng)人才的引進(jìn)與培養(yǎng)，向先行地區(qū)引進(jìn)熟練人才，同時(shí)抓緊研究應(yīng)用，培養(yǎng)本土人才，一般來(lái)說(shuō)經(jīng)過(guò)兩個(gè)月左右的試配應(yīng)用，大部分混凝土試驗(yàn)員基本能掌握機(jī)制砂混凝土的配制和生產(chǎn)。同時(shí)引進(jìn)先進(jìn)機(jī)制砂成產(chǎn)設(shè)備，以優(yōu)良的設(shè)備克服人員技術(shù)和管理不足的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的磨合積累，循序漸進(jìn)的提高。5結(jié)語(yǔ)   天然砂資源短缺、價(jià)格飆升、質(zhì)量異動(dòng)等因素使得機(jī)制砂的應(yīng)用非常必要和緊迫，本文通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)在科學(xué)合理的混凝土配比確?；炷列阅艿那疤嵯?，使用機(jī)制砂生產(chǎn)混凝土可大幅降低混凝土成本，按目前材料單價(jià)，每方混凝土節(jié)省材料成本約52.53元，節(jié)約