國家標準GB/T14684?2001《建筑用砂》已于2002年2月1日起實施。新標準的實施對保證在“十五”期間滿足我國建設所需用砂的數量和質量、充分利用資源、保護環境,以及規范建筑砂石市場將起到積極作用。

新國標是在GB/T14684?1993基礎上修訂的,修訂首要的內容就是增加了人工砂為建設用砂之一,確定了人工砂的定義、技術要求、檢驗方法。人工砂將廣泛進入我國建筑領域砂，但現在，除了少數地區和部門對人工砂有所了解外,大多數地區和行業對人工砂還很陌生。為使對人工砂有比較深入的了解和正確生產、使用好人工砂,筆者談一些體會。

人工砂進入建筑市場是建設市場形勢發展的需要

隨著改革開放的深入發展,砂石業同其它建材行業一樣發展很快。我國砂石年產量由改革前6億多噸增加到15億噸,其中,砂約6億噸。目前我國大多數地區應用的砂是天然砂,天然砂資源是一種地方資源,是短時內不再生和長距離運輸的,隨著基本建設的日益發展,在我國不少地區出現天然砂資源逐步減少、甚至無天然砂的情況,混凝土用砂供需矛盾尤為突出,而砂的價格越來越高,在有些地區高達110元/噸,用砂高峰時還無砂可用,影響了工程建設的進展。

隨著混凝土技術的迅速發展,現代混凝土對砂的技術要求則越來越高,特別是高強度等級和高性能混凝土對骨料的要求很嚴,能滿足其要求的天然砂數量越來越少,甚至沒有。

環境保護的需要

由于砂資源短缺,價格上漲,在經濟利益的驅使下,在我國很多地區都出現了濫采亂挖天然砂的情況,特別在前幾年,毀田挖砂、破壞河道挖砂的情況比比皆是,不但破壞了有限的耕地、防洪堤壩,并由此引發了不少工程事故。另外,由于天然砂的無序生產,在生產、儲存和運輸過程中還造成對空氣和環境的污染,國務院和各地人民政府不得不相繼出臺了禁采或限采天然砂的規定。

我國有大量的金屬礦和非金屬礦,在采礦和加工過程中伴隨產生約20%的尾礦,有相當尾礦沒有合理利用,已約有上百億噸的尾礦堆積,占用大量用地,造成環境污染。如果經過適當分選與加工,不少尾礦就可以制成人工砂,既解決了環境污染問題,又提高了資源利用率,形成綜合效益。

發展的條件已經成熟

從20世紀60年代起,因為一些建設工程的環境條件所限,我國水電、建筑部門就開始用當地石材進行機制砂的生產工藝、技術性能、應用于混凝土和砂漿的研究,并開始在工程上使用。從70年代起,貴州省已在建筑上大規模使用機制砂,并制定了地方標準。以后,云南、河南也相繼出臺了人工砂地方標準或使用規程。90年代以來,北京、天津、上海、重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生產線,并進行人工砂的使用研究。幾十年大量的工程實踐,證明了使用人工砂在經濟上是合理的,技術上是成熟的。國外,美、英、日等工業發達國家使用人工砂也有幾十年的歷史,將人工砂納入其國家標準的時間至少30年以上。

目前,國內工藝成熟的人工砂生產線已有多條,生產人工砂的設備與技術完全具備,國內外有不同的品牌、型號的制砂設備可供選擇。因此,發展人工砂勢在必行。

根據國標規定,凡經除土處理的機制砂、混合砂都統稱為人工砂

機制砂的自身主要特點是:目前基本為中粗砂、可調,含有一定量的石粉,除150微米的篩余有所增加外,其余篩余均能滿足標準天然砂1區、2區要求,粒型多呈三角體或方矩體,表面粗糙,棱角尖銳。但由于全國各地機制砂的生產礦源的不同、生產加工機制砂的設備和工藝不同,生產出機制砂粒型和級配可能會有很大的區別,但機制砂的粒型和級配都是可以調整和改進的,在這一點上,機制砂與天然砂有著很大的區別。

由人工砂本身的特點所決定,與條件相同天然砂相比,在配比設計、其它材料、成型養護條件都相同的情況下,用人工砂配置出混凝土的特點是:塌落度減小,混凝土28天標準強度提高;如保持塌落度不變,則需水量增加;但在不增加水泥的前提下水灰比變大后,一般情況下,混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規律乾地混凝土配比設計,人工砂的需水量大,和易性稍差,易產生泌水,特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現明顯;而如果根據人工砂的特點進行混凝土配比設計,通過合理利用人工砂中的石粉、調整人工砂的砂率,是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設計規程的配比設計方法完全適用于人工砂。正確使用人工砂的混凝土密實度大、抗滲、抗漿性能好,其它物理力學性能和長期耐久性均能達到設計使用要求。人工砂特別適合于配制高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。

目前,我國較大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程實踐中,人工砂配制出了從C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土,泵送高度達400米;配制出跨度達64米的預應力混凝土梁。在試驗室設計強度C100的混凝土90天實際強度達到155兆帕。人工砂可以廣泛應用在混凝土、砂漿和制品中。

在使用和生產人工砂過程,如何認識和利用石粉顯得十分重要

這里所稱的石粉,不是一般碎石生產企業所稱的“石粉”、“石沫”(那是生產碎石的尾礦,一般為粒徑小于5毫米的混合物,實際是人工砂的級配范疇)。標準石粉的定義是:加工前經除土處理,加工后形成粒徑小于75微米,其礦物組成和化學成分與被加工母巖相同的物質。雖同是小于75微米的顆粒,但石粉與天然砂中的泥成分不同、粒徑分布不同,在混凝土中所起的作用亦不同。天然砂中的泥對混凝土是有害的,必須嚴格控制其含量。而人工砂中適量的石粉對混凝土是有益的,有適量石粉的存在,彌補了人工砂配制混凝土和易性差的缺陷。同時,它的摻入對完善混凝土特細骨料的級配(在這一點上,天然砂由于其生產工藝的限制,其特細級配部分是不完善的),提高混凝土密實性都有益處,進而起到提高混凝土綜合性能的作用。

為防止人工砂的開采、加工過程中因各種因素摻入過量的泥土,而這又是目測和傳統含泥量試驗所不能區分的,新標準特別規定了測人工砂石粉含量必須先行亞甲藍MB值的檢驗或快速檢驗,這樣就避免了因人工砂石粉中泥土含量過高而給混凝土帶來的負作用。

在新國標實施以前,不少人工砂生產企業常用水洗的辦法控制人工砂中石粉的含量,結果既浪費了資源,又形成了新的污染。新國標實施后,對人工砂中的石粉有了明確的要求和試驗方法,因此,在人工砂的生產過程中宜把除土處理放在原料加工前進行,加工后盡量保留和利用人工砂的石粉,除了分級利用石粉外,還可以用一定的裝置將石粉收集起來用在其它方面,提高產品附加值。

我國幅員遼闊,全國各地的人工砂因礦產原料、加工工藝、加工設備等不同,其顆粒形狀、粒級分布、石粉含量等會有不小的差別,但只要人工砂的質量完全達到國標的技術要求,無論人工砂的礦產原料、加工工藝、加工設備如何,就可以使用。相反,人工砂的質量達不到新國標的技術要求,再好的礦產原料、加工工藝、加工設備生產的人工砂也不能應用。使用者應要求人工砂生產企業改進質量,人工砂生產者也完全可以改進并達到新國標的質量要求,這就是人工砂比天然砂有質量保證的一個優勢。全國天然砂的質量區別不大,使用者一般都有經驗,而人工砂質量區別較大,使用者缺乏經驗,只要嚴格按新標準各項規定進行檢驗,使用人工砂是完全可以保證工程質量的。

目前,砂質量的控制全靠使用單位進場后的試驗,建筑用砂的技術和質量的責任幾乎全落在了使用者的身上,這種控制實際上非常被動和無奈,由此導致了一些工程事故的發生。究其原因,主要是天然砂生產方式和生產者的素質所決定。而人工砂的生產則與天然砂有了根本的區別,人工砂生產無論規模大小,總要在固定的生產場地、生產工藝和設備,其產品的質量是完全可以控制和穩定的,因此,提高人工砂生產者的素質、提高對人工砂生產企業的要求是必要和可能實現的。雖然目前大多數建筑用砂生產廠家從來沒有提供過砂產品合格證,但新國標還是明確提出了要生產企業提供產品合格證這一要求。尤其是人工砂的生產和使用者都應堅持執行新標準中的這一規定,使建筑用砂質量得到有效的保障和提高,工程質量也就進一步得到保證和落實。