关于市政工程混凝土施工中的人工砂技术应用经验

【摘 要】随着我国基础建设的发展以及对环境保护的日渐重视，现有的天然砂已经不能满足工程建设的需要，近年来兴起的人工砂作为建筑材料之一，已普遍应用于混凝土施工中。作者结合市政工程特点，根据实例总结人工砂用于市政工程混凝土施工中的一些经验，以期该技术可以得到适当的应用和推广。

【关键词】市政工程；混凝土施工；人工砂技术；应用经验

1.关于人工砂

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。机制砂指的是由机械破碎、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；混合砂指的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。

1.1 人工砂的基本特点

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。

1.2人工砂的研究和应用现状

在理论研究和规范出台的基础上，人工砂在我国已经有广泛的应用，并取得成功经验，如在株六复南山河特大桥上64米铁路简支箱梁，设计为C55高性能混凝土，全部采用了人工砂混凝土；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。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。

2.人工砂的特性以及对混凝土影响

首先，人工砂中有较高含量的石粉。因为人工砂是由人工破碎碎石来制得的，其生产工艺必然导致人工砂在生产过程中产生一定量的小于80μm的细小颗粒，其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同含量。适量的石粉含量能够起到填充料和剂的作用，对提高混凝土和易性、泵送性以及强度、耐久性指标均有利处。但是，也要注意过高的石粉含量将会对混凝土带来一些不利影响。

其次，人工砂多棱角。由于人工砂是由碎石通过机械破碎而成，导致人工砂有形状不规则的棱角状，表面会比较的粗糙。由此导致人工砂混凝土工作性能较差，容易产生离析现象。但是，正是由于人工砂的多棱角形状，而加大了骨料颗粒间的咬合作用而对提高混凝土强度等力学性能有一些贡献。

最后，人工砂细度模数偏高。一般而言适合于混凝土使用的细骨料细度模数在2.3～3.0，而人工砂细度模数在3.5左右，如果人工砂单独使用于混凝土，使混凝土中细颗粒在骨料中比例降低，破坏了混凝土骨料级配，导致混凝土工作性变差。

3.人工砂的在市政工程的应用简析

3.1 工程基本情况

某桥位于该市中心城区中环线和外环线之间，靠近中环线。连接海河以西水上运动世界和海河以东的第二工人文化宫地区。

3.2工程实际应用简介

该工程的混合砂混凝土使用部位：C30桥梁墩柱，人工砂石粉掺量达到了13.5%。由于该桥梁工程是本市的重点工程，是城市的一条亮丽的风景线，业主及施工单位对施工质量要求相当严格，特别对桥梁墩柱部位外观方面有着极高的要求。施工方考虑为了保证墩柱外观光滑色泽而且均匀，根据以往市政桥梁的施工经验采取相同的人工砂混凝土配合比，拆模后混凝土表面十分的光滑，没有砂线和孔洞，最厚达到了非常好的效果。

混凝土强度情况见表1：

3.3 C25混凝土的工程应用

对于C25强度等级混凝土而言，其在市政工程中主要用桩和承台的地下部位，对混凝土的外观没有太多的要求，2008年，某省的大街立交工程、西青道立交、三条石桥、地铁地下连续墙等工程广泛采用了人工砂砂混凝土。并且混凝土得和易性、坍落度等塑性指标都一致得到施工单位的认可，而且强度结果与同期天然砂混凝土比较有6%的提高，人工砂混凝土实际生产统计和同期普通混凝土统计情况见表2所示：

3.4 工程应用经验总结

根据作者所在地区，得知该地区的人工砂质量不是很稳定，主要因为该市人工砂厂家没有统一的管理和控制，人工砂质量控制主要转嫁到使用者。因此，作者建议有关人工砂使用单位严格材料进场制度。

一些在建或已建工程表明，人工砂应用于混凝土施工中，对混凝土强度有较大的提高，在大量统计数据基础上，混凝土生产企业可以考虑调整混凝土的配合比，从而达到降低成本目的。并且人工砂混凝土工程应用在后期跟踪中并未发现有开裂等质量问题。根据作者的一线施工经验，认为只要施工人员在实际应用中严格控制人工砂的质量，人工砂是可以在市政结构工程中得到普遍的应用并且会收到很好的工程效果。

结论

基于市政工程混凝土施工中人工砂的一些应用得知人工砂石配制高性能混凝土取决于科学的配合比设计、优质的砂石骨料、高效减水剂及其它优质胶凝材料。人工砂混凝土实验结果表明优质人工砂可完全替代天然砂来生产优质的高性能混凝土。混凝土生产企业在实际应用人工砂时，应加强进厂检验工作，对不同质量的人工砂要分区存放，并参照本研究结论制定人工砂使用指导书，对各个等级混凝土使用其相对应要求的人工砂，以确保混凝土质量。

虽然人工砂替代天然砂生产高性能混凝土在技术上已经非常成熟，但是如何进行全面推广是今后面临的更加艰巨的任务。

参考文献

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