南黃地區(qū)河砂作為混凝土骨料的適宜性分析

汪子杰，張德明，徐曉慧，徐偉祥

(1.山東省第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濰坊 261021；2.山東省地礦局海岸帶地質(zhì)環(huán)境保護重點實驗室，山東 濰坊 261021)

混凝土細(xì)骨料是指粒徑在0.15～4.75mm之間的巖石顆粒，目前細(xì)骨料主要采用天然砂和人工砂[1]。隨著日益增長的建筑市場需求，天然骨料供需不平衡的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重[2]。本文通過對山東乳山市西部南黃一帶黃壘河河砂的調(diào)查、采樣及試驗測試、分析等，對該地區(qū)天然河砂進行了質(zhì)量分析，并對其用于混凝土天然細(xì)骨料的可行性進行了評價。

1 地質(zhì)特征

乳山市境內(nèi)黃壘河北起牟平水道，南至黃海，流經(jīng)巫山、下初、馮家、南黃等地，由多個支流組成，總長約75km，寬100～240m不等。河砂沿現(xiàn)代河流帶狀分布，可采厚度1.5～4m，上游河砂薄而粒度偏粗，下游河砂厚而粒度相對變細(xì)，河床中心偏粗，而兩側(cè)偏細(xì)。

南黃一帶的黃壘河為現(xiàn)代河床，雨季有少量流水，無樹木莊稼等覆蓋，開采條件相對較好。該處河道寬約120m，長約2km，平均可采厚度約3.0m。砂為長石石英砂，現(xiàn)正在小規(guī)模開采。

1.1 地層

地層主要為第四紀(jì)臨沂組和沂河組。臨沂組主要分布于河流兩側(cè)沖積平原上，厚度一般小于10m，為一套灰黃色粉砂質(zhì)粘土、含細(xì)砂粘土質(zhì)粉砂、粗粒砂，為河流沖積相沉積。沂河組分布于河床中，為現(xiàn)代河床、低河漫灘相沉積，厚度3～6m，巖性主要為灰黃色砂礫層、混粒砂、土黃色粘土質(zhì)細(xì)砂、粘土質(zhì)粉砂。

河砂主要賦存于第四系沂河組中，河砂成因為河流沉積成因，形成時代為新生代。

1.2 巖漿巖

黃壘河兩岸基巖主要分布有新元古代榮成序列邱家單元細(xì)粒二長花崗質(zhì)片麻巖、中生代玲瓏序列北黃單元細(xì)粒二長花崗巖、九曲單元弱片麻狀細(xì)中粒含石榴二長花崗巖、郭家店單元中粗粒二長花崗巖[3](圖1)，巖性以二長花崗巖為主，野外觀察特征呈灰白色—肉紅色，巖石結(jié)構(gòu)呈細(xì)粒花崗結(jié)構(gòu)，具塊狀構(gòu)造，礦物粒徑以1～2mm為主。這些巖石為河砂提供了豐富的物質(zhì)來源。

圖1 南黃地區(qū)區(qū)域地質(zhì)簡圖

2 巖石學(xué)特征

2.1 礦物成分

河砂由巖屑35%～40%，石英25%～30%，長石30%～35%、少量簾石(3%～5%)、黑云母(2%～3%)、角閃石(1%～2%)、輝石(0.5%～1%)組成。

巖屑主要由花崗巖75%、花崗斑巖25%組成。花崗巖呈次圓狀，由長石60%、石英30%及少量黑云母、角閃石5%～10%組成[4]，有不同程度的風(fēng)化、鐵染，其中石英顆粒約20%具波狀消光(圖2a)?；◢彴邘r，具斑狀結(jié)構(gòu)，由斑晶25%～30%和基質(zhì)70%～75%組成，斑晶主要是鉀長石，基質(zhì)由微粒長石70%和石英30%組成，局部細(xì)粒長石和石英形成顯微文象結(jié)構(gòu)，石英呈尖棱形、象形文字等形狀，鑲嵌在鉀長石中，部分石英為微晶狀，粒徑0.02～0.07mm(圖2b)。石英：次棱角—次圓狀，消光正常，該類砂不具堿硅活性。長石多為鉀長石和少量斜長石，大部分顆粒有泥化、絹云母化和鐵染。

圖2 河砂(a)及暗色礦物(b)鏡下顯微特征(+)×35

2.2 化學(xué)成分

經(jīng)室內(nèi)化學(xué)分析，河砂的化學(xué)成分主要為：SiO274.10%、Al2O313.30%、Fe2O31.71%、MgO 0.83%、CaO 1.19%、SO30.01%。

3 砂的質(zhì)量要求試驗

3.1 樣品測試項目

共采集河砂樣品2件，檢測指標(biāo)主要有物理性能、篩分析試驗、堿活性等[5]。各項測試方法均嚴(yán)格按照J(rèn)GJ52—2006《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗方法》進行[6]。

3.2 試驗結(jié)果

3.2.1 物理性能

檢測指標(biāo)：含泥量、泥塊含量、SO3含量、氯離子含量、顆粒級配、細(xì)度模數(shù)、表觀密度、緊密密度、云母含量、輕物質(zhì)含量、有機物含量等(表1)[7]。乳山南黃地區(qū)黃壘河河砂相對密度2.61×103kg/m3，容重1 430～1 540kg/m3(松散—緊密)，空隙率41.1%～45.5%(緊密—松散)，泥污含量0.77%，吸水率1.19%，礫石(＞1cm)含量0.95%，有機質(zhì)含量甚微，顏色淺于標(biāo)準(zhǔn)色[8-9]。河砂堅固性為0.5%，壓碎值為12%[10]。

表1 物理性能檢測結(jié)果

3.2.2 篩分析試驗

河砂細(xì)度模數(shù)為2.28，顆粒級配區(qū)屬為Ⅱ區(qū)(表2)，為良好級配區(qū)[11]。

表2 篩分析檢測結(jié)果

3.2.3 堿硅活性試驗

巖相法測試結(jié)果表明，河砂中的巖屑砂(35%～40%)，主要為花崗巖和花崗斑巖[12]，其中花崗巖中約含有30%的石英礦物，具潛在堿硅活性[13]；花崗斑巖中基質(zhì)約占70%，基質(zhì)中石英具潛在堿硅活性[14]。因此綜合判定該河砂具潛在堿硅活性。

為進一步查明河砂的堿硅活性，利用了快速法進行堿活性測試[15]。測試結(jié)果表明：乳山南黃地區(qū)黃壘河河砂經(jīng)14d的綜合膨脹率為0.074%(＜0.01%)，判定其不具堿硅活性，為非堿硅活性集料[16]。

4 工業(yè)利用性能評價

從各項試驗測試結(jié)果可以看出，乳山南黃地區(qū)黃壘河河砂質(zhì)量較好，顆粒級配區(qū)域為Ⅱ區(qū)[17]，細(xì)度模數(shù)為中砂，各項指標(biāo)均顯示其較適宜于配制混凝土[18]。現(xiàn)將該區(qū)河砂測試結(jié)果與JGJ52-2006中規(guī)定的各項含量指標(biāo)對比如下(表3)。

表3 河砂檢測結(jié)果與JGJ52-2006規(guī)定指標(biāo)值對照表

乳山南黃地區(qū)黃壘河河砂的形成時代為第四紀(jì)全新統(tǒng)，為河流沖積成因，其出露良好，層位產(chǎn)出穩(wěn)定，巖性單一，均以中砂為主，基本不含雜質(zhì)。河砂沿河床兩側(cè)分布，延伸較廣。開采條件較好，河砂堆積處現(xiàn)為荒灘，無樹木莊稼等覆蓋，無基本農(nóng)田，有少量的灌木，開采條件簡單。

該地區(qū)現(xiàn)存在一處小型采砂場，位于黃壘河的西側(cè)，主要開采原始河砂，經(jīng)簡單水洗后出售。河砂經(jīng)簡單加工后可直接制成不同粒級的天然砂，加工技術(shù)條件簡單。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

通過本次調(diào)查及試驗測試分析，認(rèn)為乳山南黃地區(qū)黃壘河河砂質(zhì)量較好，所測各項指標(biāo)完全可以滿足C60混凝土的技術(shù)要求，可用于制備混凝土天然細(xì)骨料[19]，且該地區(qū)河砂儲量規(guī)模較大，開采條件及加工技術(shù)條件簡單，較適宜于露天開采，下一步可進行合理規(guī)劃利用，服務(wù)于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展。

5.2 建議

乳山南黃地區(qū)黃壘河河砂質(zhì)量較好，較適宜于制作C60以上混凝土細(xì)骨料，為促進當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會發(fā)展，應(yīng)進一步進行地質(zhì)勘查工作，核實河砂儲量規(guī)模。

河砂為可再生資源，通常由巖石經(jīng)過風(fēng)化、流水沖刷、搬運等方式形成，但是其再生速度非常慢，因此不能盲目開采，大規(guī)模開采易造成水土流失[20]。同時，應(yīng)注重綠色開采，合理利用河砂，加強生態(tài)環(huán)境保護，堅持綠水青山就是金山銀山的發(fā)展理念。