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探究人工砂混凝土配合比设计
摘要：近些年，随着经济的快速发展，人们对建筑的需求量在不断提高，同时，建筑的质量也受到人们的广泛关注，砂石作为建筑用混凝土的体积的70%，是决定建筑质量好坏的很重要的因素。然而，随着对自然砂的需求量的扩大，自然砂的数量急速下降，质量也在降低，也给环境造成了很大的伤害。在这特殊的背景下，人工砂开始被大量使用，本文通过对人工砂特性的简单介绍，和其与自然砂的比较，突出它在实际应用中的优良性，最后结合其特性进一步对它的混凝土配比设计方法和其设计中要注意的问题进行简单说明。
关键词：建筑业 人工砂 混凝土 配合比
前言：
随着中国经济建设的飞速发展，建筑行业也变得空前活跃，道路、桥梁、铁路、机场、城市建设等国家基础设施的建设，对建筑材料在质和量上提出了更高的要求，需要消耗大量的资源。砂石骨料作为混泥土体积的70%，每年都需要大量的开采，挖掘河床，据统计，每年建筑用砂石量约为30亿吨。天然砂作为一种地方特有资源，短期内无法再生，随着其大量被开采，对自然环境造成了严重危害。近年来，天然砂的质量也在不断地下降，砂粒的级配不太合理，含有的泥沙比较多，特别是现在建筑强度等级越来越高，高性能的混凝土对骨料有更高的要求，为了满足市场的需求，天然砂被人工砂代替必将成为一个发展的趋势。
一．人工砂的特点
根据国家关于建筑混凝土结构工程施工质量标准的的相关规定，混凝土结构工程需要采用普通混凝土用砂质量的检验标准对砂进行检验、验收、和使用。如果砂作为他用，则需按照国家标准进行检验。根据行业的标准，人工砂指的是经过被开采、机械粉碎、筛分的岩石，中粒径不大于5mm的颗粒。人工砂跟天然砂相比较的突出特点是其质地更加坚硬、具有疏松多孔的表面、棱角比较尖锐、具有良好的黏结性等特点，并且每项物理指标如密度、表观密度、空隙度以及细度模数都和天然砂没有多大差别。更多的使用人工砂的不但能使低成本降低，还能保护自然环境，提高资源的利用率，产生更大的社会效益。
目前的人工砂大多数是中粗型砂，细度模数介于2.6~3.6之间，含有少量的石粉，人工砂的形状多数为三角体或方矩体。当配制塑性混凝土时，如果使用人工砂，混凝土会需要更多的水，不容易和，容易产生沁水，但是混凝土的强度会有所提高，收缩性变大。可以通过设计正交实验的方法来研究人工砂的掺入比会对混凝土的坍塌度、强度和收缩的影响。通过比较实验,天然砂要比人工砂好和,不过天然砂前期的强度没有人工砂高，但是随着混凝土水胶比下降，掺入高效的减水剂之后情况基本会相同，人工砂为原料建成的建筑更不容易坍塌。按天然砂的性质进行混凝土配比设计，人工砂需要更多的水,更不容易和，而且容易生成泌水, 特别是在水泥用量较少的强度等级低的混凝土中表现更加明显。与相同条件下的天然砂相比, 在其它条件都相同的情况下, 使用人工砂配置出的混凝土1在14天内的强度会有所提高，塌落度会减小，如果要保持塌落度不变化,就需加更多的水，同时要加入更多的水泥。
二． 人工砂混凝土配合比设计的简单介绍
首先，要选择材料，对材料的产地、来源、品质和特性进行筛选；然后，依据施工规范及施工条件的要求, 选定混凝土强度及坍落度； 再求出骨材最大单位用量并计算用浆量及骨材体积；另外要进行配合比计算；最后根据配比计算的结果，进行实际试验配合比设计，对实验结果进行分析，得到最佳的配比值。
三． 人工砂混泥土配合比的设计标准
研究配合比的实验主要在所选项目的部分工区进行, 根据设计和早期现场调查的资料, 对不同的研究对象进行分级，依据相关项目混凝土结构耐久性设计暂行规定和标准， 对研究项目人工砂混凝土配比的技术指标提出以下要求。
1.级配的控制
需要控制级配的砂基本是中粗型砂, 细度模数介于2.6-3.6 之间。由于不同地区生产砂的矿源、生产加工砂的设备和工艺等不同, 生产出的砂的粒型和级配就可能会有区别。在进行配合比的试验前要求掌握它详细的级配情况, 以此来制定调整的措施, 既可以对生产工艺进行调整, 也可以将一定比例的细度模数比较小的河砂掺入, 使其级配能够满足最终的要求。粒径小于0.315mm 的细颗粒如果变少, 混凝土的强度容易降低，而且会产生泌水。
2. 控制石粉和泥粉的含量
石粉是惰性掺合料, 细度较小, 可以补充混凝土中量少的细颗粒,在混凝土中并不是加越多越好, 使用时要进行控制。国内外有许多研究人工砂中石粉的作用的文献, 当混凝土中石粉的含量不超过15%时，其工作性可以得到大大的改善, 抗压强度和抗渗性能得到提高。如果人工砂混凝土强度过高, 混凝土中胶凝材料用量变高, 水胶低, 混凝土连通毛细孔少, 导致强度、抗渗性、抗冻性能等都降低。泥粉对混凝土的需水量、拌合物性能等都有不利的影响,如果增加泥粉的含量, 混凝土不易坍落, 需要更多的水, 含有更多气体，强度也会下降, 拌合物的工作性能也会降低所以要严格控制人工砂中泥粉含量。
由于泥粉与石粉很难鉴别, 在生产过程中即要对石头的开采进行控制, 又必须先用亚甲蓝对砂中粒径不大于75 Lm 的物质做MB值检验,判断其是石粉还是泥粉。 现在还没有有效的进行定量分析的手段,但是根据对普通混凝土中用砂的标准规定,强度在C30-C55等级之间,如果MB值小于1.4 时, 石粉在人工砂中中所占限值为7.0%，如果MB值为1.4 时, 石粉所占限值为3.0%。
3.砂率的控制
在配比相同的情况下,由于人工砂没有天然砂圆滑,混凝土被制后流动性较差, 因此要对其工作性能进行调整，试配时可适当增大砂率。调整砂率时应综合考虑施工条件、施工工艺以及运输等因素,为使配合比更加经济,砂率一般在40%旁边，不能过高。
4.掺合料用量的控制
近一百年来,大量建设项目提高了混凝土耐久性设计的要求,许多高校、单位都对其进行了大量的实验研究,得出了很多的经验。为提高混凝土耐久性的聚羧酸高效减水剂及具有潜在活性的矿物掺合料,对其工作性能进行改善、提高其耐久性，在进行配合比优选时掺入减水率要高、坍落度损失要小。
若把混凝土视为连续级配的颗粒堆积体系,那么在使用中，细集料之间的空隙需要用水泥来填充,粗集料之间的空隙需要细集料来填充,水泥之间的空隙则需用更细的颗粒来填充，这样层层填充，使各个材料间更加紧密。因为矿粉比水泥颗粒要小，水泥中混有矿粉颗粒会使其之间的空隙被填充，使胶凝材料能够形成更加密实的充填结构，这样细观层的自紧密堆积体系就形成了。
5.人工砂特性控制
利用天然砂和人工砂分别进行了混凝土配合比试验研究, 用人工砂拌制的混凝土各项性能指标都能符合耐久性要求。 在坍落度以及工作性能相同的情况下,与天然砂配制混凝土相比, 人工砂配制的混凝土需要更多的水，砂率也提高了, 因为较大桩基处混凝土所砂率不同, 使用人工砂之后砂率不发生变化，但是受力处的砂率都需有所提高。这是因为人工砂是不规则的，表面更加粗糙，没有天然砂圆润, 导致拌合物的工作性能和流动性变差。
结 语：
砂的质量的好坏会对整个工程的耐久性及质量都造成重要的影响，是混凝土结构材料的重要的成部分。如果在天然砂资源比较缺乏的地区, 混凝土生产中加入人工砂不但具有可行性而且会产生显著的效益, 而且用人工砂配制的混凝土与天然的并没有多大的区别。为了配制出性能更高的混凝土, 使其在满足工程质量要求的同时还要节约成本，就必须根据人工砂的特点来进行配合比的设计,结合各项标准，设计出更加优化的配合比。
参考文献：
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