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為什么要使用機制砂代替天然砂生產(chǎn)混凝土
2022-10-17 10:02
2010年我國水泥產(chǎn)量已經(jīng)超過了18億噸，混凝土超過50億立方米，占到世界混凝土總量的50%以上，砂作為混凝土的重要原材料消耗量也是巨大的。天然河砂作為傳統(tǒng)的混凝土細(xì)骨料已經(jīng)被人們廣為熟知，但是河砂是一種不可再生資源，而且在我國分布不均勻，云貴和西南地區(qū)一直以來河砂資源都比較匱乏，再加上這種大宗原材料不便于長途運輸，混凝土用砂的供需矛盾日益突出，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)毓こ踢M度。
砂石材料緊俏也引發(fā)了多地非法亂采河砂，河道受損嚴(yán)重，影堤岸安全、防汛排水以及水路交通等，嚴(yán)重影響力自然環(huán)境。因此，找到天然河砂的替代品就成了一項立足當(dāng)下亟待解決的問題。我國從20實際60年代在一些水電、土木工程建設(shè)中就開始對河砂的替代品機制砂的生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品技術(shù)性能和混凝土應(yīng)用進行研究。大量的工程實例和應(yīng)用研究把機制砂這種人工材料用來填補天然砂資源的不足。機制砂不僅能夠解決天然砂質(zhì)量無法控制的弊病，還解決了天然砂資源枯竭和無序開采對環(huán)境造成的影響。而且，在我國分布著大量的金屬礦和非金屬礦的開采尾礦，這些尾礦占用了大量土地，造成環(huán)境污染，如果將這些尾礦適當(dāng)?shù)乩闷饋?，用來制成機制砂，這樣既解決了環(huán)境問題，又能提高資源的綜合利用率，實屬雙贏的舉措。
機制砂是經(jīng)破碎機、制砂機加工，篩分而成，粒徑小于4.75mm的巖石顆粒，不包括軟質(zhì)巖和風(fēng)化巖的顆粒。天然砂是巖石在大氣中經(jīng)過自然風(fēng)化、水流搬運和分選、堆積等自然條件形成的，包括河砂、湖砂、山砂和淡化海砂。兩種截然不同的成因決定著機制砂與河砂有很多不同之處。
機制砂是由制砂機破碎而成，粒型多呈三角體和方矩體，表面粗糙尖銳，粒型因母巖和生產(chǎn)工藝不同而呈現(xiàn)出多種形狀。石灰?guī)r制成的機制砂外觀顏色是灰白色，花崗巖和砂巖機制砂為黃黑色。山砂粒型與機制砂類似，具有棱角，表面粗糙，但含泥量和有機雜質(zhì)較多，與水泥的粘結(jié)較差，使用時應(yīng)加以限制；河砂和湖砂因長期經(jīng)受流水和波浪的沖刷，顆粒多呈圓形，比較千凈，一般工程都采用這種砂；海砂因長期受到海流沖刷，顆粒圓滑，比較干凈且粒度一般比較整齊，但?；煊胸悮ぜ胞}類等有害雜質(zhì)。砂的顆粒形狀和表面特征會影響其與水泥的粘結(jié)及混凝土拌合物的流動性。因此，機制砂這種顆粒形狀和表面特征相比天然砂來說，對與水泥的粘結(jié)是有利的，但對混凝土的和易性是不利的，特別是對低強度等級的機制砂混凝土可引起較大的泌水率。
河砂的形成過程決定在不同河道、相同河道的不同位置河砂的細(xì)度模數(shù)和級配往往不同，這是由自然作用決定的。機制砂的細(xì)度模數(shù)和級配可以通過生產(chǎn)工藝中的參數(shù)調(diào)整來控制，可以靈活的調(diào)整和改進。就目前機制砂的生產(chǎn)使用調(diào)查來看，機制砂多數(shù)為中粗砂，細(xì)度模數(shù)一般在3.0~3.7范圍。從顆粒組成統(tǒng)計結(jié)果分析，機制砂大于2.36mm和小于0.15mm粒級的顆粒偏多，而中間顆粒偏少(尤其是0.3mm~1.18mm )有時某一粒級斷檔。
機制砂的細(xì)度模數(shù)和級配是有相關(guān)關(guān)系的，在某一特定的生產(chǎn)設(shè)備和工藝下，機制砂的細(xì)度模數(shù)和單篩的篩余量呈線性關(guān)系，可以先通過試驗先確定這種關(guān)系，然后可以方便的測定一個單篩的篩余量來快速計算細(xì)度模數(shù)。機制砂的細(xì)度模數(shù)還和級配中微細(xì)粒級的石粉有很大的關(guān)系，一般機制砂的細(xì)度模數(shù)受石粉含量影響很大，石粉含量高細(xì)度模數(shù)小，石粉含量低時細(xì)度模數(shù)就大。
機制砂中的石粉是機制砂在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的，與母巖礦物成分相同，粒徑小于0.075mm的巖石顆粒。石粉雖然與天然砂中泥粉的粒級界定相同，但是并不同于泥粉。泥粉與石粉的成分不同，粒級分布不同，在混凝土中起的作用更不同。泥粉中經(jīng)常會有有機物、云母、輕物質(zhì)等有害雜質(zhì)，這些雜質(zhì)會減弱漿體和骨料界面的粘結(jié)力，增大混凝土的用水量，在水泥石基體中引入空洞和缺陷，在很大程度上影響混凝土的強度。而潔凈的石粉(完全與母巖礦物成分相同)構(gòu)成了機制砂的微細(xì)級配，在混凝土中起到填充，甚至?xí)龠M水化和參與水化，對機制砂混凝土的一系列性能起改善作用。
研究發(fā)現(xiàn)，石灰?guī)r質(zhì)機制砂中的石粉70%顆粒分布集中在16μm以上，平均粒徑為36.9μm。而天然砂中的泥粉70%顆粒分布集中在16μm以下，平均粒徑為8.4μm。石粉的粒度分布不僅填充了混凝土骨料之間的空隙，還在一定程度上提高了混凝土的保水性和勃聚性，改善了混凝土工作性。蔡基偉對不同石灰?guī)r質(zhì)石粉過75μm篩后，測量其比表面積，其中高開石粉比表面積為204m2/kg，各種風(fēng)選石粉比表面積為310~360m2/kg，與水泥接近，遠(yuǎn)小于粘土的比表面積。
機制砂中的石粉作為集料的填充部分，填充了大顆粒之間的空隙，改善了微細(xì)級配，提高混凝土密實性，進而提高了混凝土綜合性能。石粉除了填充作用外，一些研究人員通過研究石灰石粉摻入混凝土中對混凝土的強度起到增強作用，是因為它參與了混凝土的水化反應(yīng)。
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