山砂與河砂的對(duì)比試驗(yàn)研究

郝末蘭，姚雪濤

（保定永泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北 保定 071000）

山砂與河砂的對(duì)比試驗(yàn)研究

郝末蘭，姚雪濤

（保定永泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，河北 保定 071000）

本文通過(guò)對(duì)山砂與河砂的物理性能及應(yīng)用進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)山砂用于生產(chǎn)混凝土是可行的，對(duì)合理利用當(dāng)?shù)卦牧?、滿足生產(chǎn)需求、緩解資源緊張的形勢(shì)有積極促進(jìn)的作用。

山砂；河砂；工作性

0 引言

商品混凝土具有技術(shù)質(zhì)量穩(wěn)定和環(huán)保的優(yōu)勢(shì)，在全國(guó)大中城市已得到廣泛的推廣應(yīng)用。但是，隨著商品混凝土的大量應(yīng)用，建筑材料的消耗巨大，尤其是砂石料的過(guò)度開(kāi)采，使生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性受到了破壞。目前，全國(guó)各地以封山，封河等形式，不同程度的限制砂石料的開(kāi)采。對(duì)于我們混凝土企業(yè)來(lái)說(shuō)，在沒(méi)有充足優(yōu)質(zhì)原材料的情況下，就需要有充分的技術(shù)儲(chǔ)備做支持，才能合理利用當(dāng)?shù)氐脑牧?，以滿足生產(chǎn)需求。本文針對(duì)河北建設(shè)集團(tuán)有限公司邢臺(tái)混凝土分公司近期使用的山砂及河砂做對(duì)比試驗(yàn)研究，根據(jù)兩者的區(qū)別，調(diào)整配合比，以滿足質(zhì)量及施工要求。

1 山砂與河砂的區(qū)別

1.1 山砂與河砂的形成

山砂是巖石經(jīng)過(guò)常年的風(fēng)化、分解，再經(jīng)過(guò)機(jī)械破碎后篩除大于 4.75mm 的顆粒得到的產(chǎn)品，在機(jī)械力的作用下，呈不規(guī)則的多菱角形狀，表面粗糙，含泥量和含有機(jī)雜質(zhì)較多。

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，其成分較為復(fù)雜、表面有一定光滑性，雜質(zhì)含量多。

本文所用山砂，主要來(lái)源于邢臺(tái)西部山區(qū)，一般是風(fēng)化石或山皮石機(jī)械磨碎形成，然后經(jīng)水洗過(guò)篩去雜質(zhì)；河砂，主要來(lái)源于白馬河河道，由河底挖出后，經(jīng)砂場(chǎng)水洗過(guò)篩，去除大部分的雜質(zhì)和泥塊。

1.2 山砂與河砂的外觀形貌

山砂由于制砂所選取的母巖不同，呈現(xiàn)出不同的外觀顏色，如黑色、灰白色等，顆粒多棱角、表面較為粗糙；河砂的外觀顏色主要為黃色、白色，由于常年受水流沖刷作用，顆粒表面比較光滑、顆粒大多為橢圓形或近似于圓形。

1.3 山砂與河砂的物理性能

分別取山砂和河砂進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，結(jié)果詳見(jiàn)表 1、表 2。

與河砂相比，目前所生產(chǎn)的山砂細(xì)度模數(shù)普遍偏高，一般山砂的細(xì)度模數(shù)處于 3.1～3.7 范圍內(nèi)，屬于粗砂，山砂的粗顆粒含量較多，而 1.25～0.16mm 范圍內(nèi)的顆粒含量較少，級(jí)配不合理。

表 2 山砂與河砂的質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果

表 1 山砂與河砂的顆粒組成

山砂的表觀密度及堆積密度均小于河砂，這與其顆粒特性有較大關(guān)系。山砂顆粒在破碎過(guò)程中，因機(jī)械作用出現(xiàn)較多內(nèi)部損傷，在顆粒內(nèi)部存在一定的開(kāi)口或閉口孔隙，因此其表觀密度略低于河砂，達(dá)到飽和面干程度的需水量（吸水率）則高于河砂；山砂顆粒粒形不規(guī)則，而且其中粗顆粒較多，級(jí)配不合理，因此在堆積過(guò)程中不夠密實(shí)，對(duì)比河砂其堆積密度小而空隙率大；山砂中＜0.16mm 顆粒的含量遠(yuǎn)高于河砂，因此含泥量高于河砂；山砂所選母巖經(jīng)多年風(fēng)化，且在破碎過(guò)程中因機(jī)械作用會(huì)出現(xiàn)較多內(nèi)部損傷，其堅(jiān)固性次于由水流緩慢沖刷作用形成的河砂。

山砂與河砂中的＜0.16mm 顆粒是不同的，河砂中的＜0.16mm 顆粒主要為泥粉，而山砂中＜0.16mm 顆粒經(jīng)亞甲藍(lán)試驗(yàn)測(cè)定后確定以石粉為主，分析其來(lái)源主要由兩部分構(gòu)成：在開(kāi)采物料過(guò)程中帶入由于巖石風(fēng)化所產(chǎn)生的粉末以及泥粉；巖石在破碎生產(chǎn)過(guò)程中，不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定量的巖石粉末。

2 山砂與河砂的應(yīng)用對(duì)比

2.1 山砂與河砂的水泥膠砂對(duì)比

依據(jù) GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》和GB/T2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》，將山砂與河砂進(jìn)行水泥膠砂對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表 3。

表 3 山砂與河砂的水泥膠砂對(duì)比

由表 3 可知，用水量相同時(shí)，山砂的砂漿流動(dòng)度為135mm，低于河砂砂漿的 196mm，而山砂膠砂試件 3d、28d抗壓、抗折強(qiáng)度均高于河砂膠砂試件；流動(dòng)度相同時(shí)，河砂的用水量 189mL 低于山砂的用水量 225mL，而河砂膠砂試件3d、28d 抗壓、抗折強(qiáng)度均高于山砂膠砂試件。分析其原因如下：

（1）山砂顆粒有較多微裂紋等缺陷，所以吸水率高于河砂顆粒。在制備砂漿的過(guò)程中，由于山砂顆粒吸收部分自由水份，使砂漿漿體體系的水份減少，在用水量相同情況下，使得實(shí)際水灰比降低，從而使砂漿的流動(dòng)性降低，而由于實(shí)際水灰比的降低，使得膠砂試件的力學(xué)性能有所提高。

（2）山砂中＜0.16mm 顆粒的含量高于河砂，這部分顆粒比表面積較大，吸附水量較高，降低了山砂砂漿的流動(dòng)性能。

（3）山砂顆粒表面粗糙、粒形不規(guī)則，在漿體流動(dòng)過(guò)程中顆粒相互作用較大，不利于砂漿的流動(dòng)性能，而河砂顆粒較為圓潤(rùn)在漿體流動(dòng)過(guò)程中顆粒之間的相互作用較小，砂漿的流動(dòng)性能較好；同時(shí)由于山砂的顆粒特性，硬化的水泥漿體與顆粒之間的結(jié)合力較高，所以膠砂試件的強(qiáng)度也隨之提高。

從中低強(qiáng)度等級(jí)的水泥砂漿而言，采用山砂的強(qiáng)度效果比河砂要好，但山砂的工作性不如河砂；隨著水泥砂漿強(qiáng)度的提高，山砂顆粒內(nèi)部易發(fā)生破壞，因此砂漿的強(qiáng)度也會(huì)受到限制。

2.2 山砂與河砂的混凝土對(duì)比

2.2.1 原材料與配合比

選擇企業(yè)日常使用的合格原材料，如下：

（1）水泥：邢臺(tái)中聯(lián) P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，3d 抗壓強(qiáng)度 32.8MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 51.8MPa；

（2）粉煤灰：河北龍泉興業(yè)經(jīng)貿(mào)有限公司Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度 10.0%；（3）礦粉：邢臺(tái)華通礦粉廠 S95 級(jí)，28d 活性 102%；（4）石子：邢臺(tái)碎石，5～25mm 連續(xù)級(jí)配，含泥量0.2%，泥塊含量 0.2%；

（5）外加劑：保定慕湖 MZY-A5 聚羧酸減水劑，減水率26.1%，終凝時(shí)間 15h；

（6）水：飲用水。

配合比選用生產(chǎn)中常用的 C30 配合比，見(jiàn)表 4。

表 4 C30 配合比

2.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

分別用山砂與河砂拌制混凝土，觀察并測(cè)定其工作性能，詳細(xì)見(jiàn)表 5。

表 5 山砂與河砂拌制混凝土對(duì)比數(shù)據(jù)

由表 5 可知，山砂拌制的混凝土坍落度損失特別快，從攪拌機(jī)倒出不到 5min 就失去流動(dòng)性，工作性很難滿足工程要求，而且由于實(shí)際用水量過(guò)高，導(dǎo)致水灰比過(guò)大，混凝土強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求；而河砂拌制的混凝土工作性及強(qiáng)度都滿足要求。

分析其原因如下：

（1）山砂顆粒吸水率高于河砂。在拌制混凝土的過(guò)程中，由于山砂顆粒吸收部分自由水份，使混凝土漿體體系的水份減少，從而使混凝土的流動(dòng)性降低，加速了坍落度損失。

（2）山砂中＜0.16mm 顆粒的含量高于河砂，這部分比表面積較大的細(xì)粉顆粒，吸附了部分聚羧酸分子，聚羧酸摻量實(shí)際上被降低，從而影響了聚羧酸泵送劑的減水、分散、保坍效果，導(dǎo)致山砂混凝土的工作性能快速下降。

為使山砂混凝土滿足強(qiáng)度及工作性要求，需增加水泥用量，以降低水灰比；并適當(dāng)提高泵送劑摻量，以彌補(bǔ)山砂中細(xì)粉吸附的損失。對(duì)此我們進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

2.2.3 混凝土配合比調(diào)整及驗(yàn)證

我們?cè)诒?4 配合比基礎(chǔ)上增加 30kg 水泥用量，外加劑摻量由 2.0% 提高至 2.5%，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表 6。由表 6 可知，調(diào)整后的山砂混凝土工作性能有所提升，強(qiáng)度也滿足設(shè)計(jì)要求，可以用于生產(chǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)山砂與河砂的物理性能及應(yīng)用對(duì)比試驗(yàn)，說(shuō)明山砂用于生產(chǎn)混凝土是可行的，但為保證混凝土強(qiáng)度及提高其工作性能，在使用山砂時(shí)需增加水泥用量并提高泵送劑摻量，由此將不可避免地造成生產(chǎn)成本的增加。

在資源緊張的大形勢(shì)下，我們還需要進(jìn)行更多的試驗(yàn)研究，使當(dāng)?shù)卦牧系玫礁雍侠淼乩谩?/p>

［通訊地址］保定市高開(kāi)區(qū)翠園街（071000）

郝末蘭，女，本科，工程師。長(zhǎng)期從事混凝土技術(shù)研究和工程質(zhì)量檢測(cè)工作。