郑洋威 刘琬真 崔艳玲 薛 飞

1河南省万测工程检测有限公司（450002） 2河南省建科院工程检测有限公司（450002）3河南省建筑科学研究院有限公司（450002）

砂是生产混凝土最主要的原材料，占集料40%左右，以往主要采用天然河砂，经过多年的建设开采，天然河砂的资源急剧的减少，有些地区天然河砂已近枯竭。且近期随着环保力度的加强，地方政府为保护江堤河坝、保护生态平衡，加大了禁采力度，使得天然河砂一直处于紧缺或无砂可供状态。近年建筑市场用砂供应持续紧张，价格快速上涨，2018年砂普遍涨价60～120元/t。目前天然砂资源紧张，人工砂作为天然砂的替代品，使用比例快速升高。

人工砂的优点是材料来源广泛，质量易于把控，经合理调控使用性能同河砂相当，能够满足建设需求，而且应用成本具有巨大优势，是未来建设市场的发展方向，对环境保护也非常有利。采用人工砂生产混凝土将带来巨大的经济效益和社会效益，是混凝土应用发展的必然趋势。

但是，伴随着人工砂需求量的增加，各种应用问题相应产生，由于生产人工砂的工艺、设备落后及生产商对质量把控不严等原因，导致人工砂的石粉含量大、含泥量大、颗粒不规整、级配不合理，这些质量良莠不齐的人工砂给混凝土的生产带来了不小的困扰，多地发生混凝土质量问题。文章就此问题展开调查研究。

1 河南地区人工砂应用现状调查

河南地区的混凝土生产用砂，大量来自淮河流域，淮河天然砂以其稳定的质量占有河南地区建筑用砂的半壁江山。伴随着环保治理的加强，淮河采砂量逐年减少，2018年出台了全面禁采的文件。天然砂的资源短缺造成人工砂的大行其道，豫南地区的人工砂大多来自河南与湖北交界地区，湖北居多。人工砂均以当地岩石破碎加工生产，以灰色或灰白色沉积岩（当地俗称青石）生产的人工砂，质量较好，总压碎值指标均在15%以下，颗粒级配连续，应用效果良好，和天然砂几乎没有区别，属上等产品；以卵石和山体落石等生产的人工砂，总压碎值指标在15%～20%，受加工工艺的限制个别颗粒不够规整，颗粒级配基本连续，应用效果尚好，属中等产品；以山体表层岩石和黏土岩生产的人工砂，总压碎值指标多在20%～25%，部分总压碎指标超过30%，含泥量大，因为山体表层岩石多含有风化石，其抗风化性能差，破碎过程中很容易产生明显的岩层，属下等产品。豫南地区和湖北地区有一种黏土岩，当地称为“麻骨石”，该岩石石质松软，夹杂闪光矿物质，总压碎值指标多在25%以上，配制低标号混凝土有使用实例，但是其耐久性还没有系统的研究，应用需谨慎。

豫中地区的人工砂大多来自鲁山、禹州、新密和巩义等地区。其特点是以石灰岩、白云岩破碎为主，夹杂部分山体表层岩石，总压碎值指标为15%～20%，受该产地岩石的特性和破碎分选工艺的影响，颗粒级配多不连续，一般辅以特细砂混合使用。

豫北地区人工砂大多来自新乡、焦作、安阳等地的石灰岩，其压碎值在15%～18%，但是颗粒异性较多，级配多不连续，一般辅以特细砂或石粉配合使用。

河南地区人工砂的突出的问题是MB值不合格，含泥量（主要是泥粉含量）普遍较高，颗粒级配不连续，对混凝土和易性影响明显，给混凝土的配制带来难题。实际应用过程中标号C40以下的商品混凝土可以全部采用人工砂，以各类人工砂调配使用居多，C40以上商品混凝土一般以天然砂和人工砂配合使用。

2 人工砂性能评价标准待完善

目前建筑用砂的国家现行标准由 《建筑用砂》GB/T 14684—2011和《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52—2006，其中对颗粒级配（细度模数）、石粉含量、压碎指标等做了相应的技术要求，结合当前人工砂应用过程中的诸多问题，仅此技术指标并不能给人工砂的应用做科学全面的指导。如的颗粒级配（细度模数）参数，仅仅给出相应的细度模数，并不能有效指导人工砂的应用，还应将分级筛余纳入技术指标。因为上述国家现行标准所设置技术指标，更多的是表征天然砂的质量。河砂是天然石在自然状态下，经水的作用力长时间反复冲撞、摩擦产生的，其表面有一定光滑性，颗粒浑圆，而人工砂是由机械破碎而成，颗粒形状不规则，其粒形多数为三角形、方矩形、针状、片状等，颗粒表面粗糙，多尖锐棱角。且由于矿石来源的问题，很多矿石含有大量的泥块、风化石、风化页岩、轻物质等不良杂质。

因此要全面表征人工砂的质量，应加强调查研究，制订人工砂的应用标准，增加砂的分计筛余、石粉的MB值、石粉流动度比、吸水率、砂的需水量比等新的技术指标，对人工砂的级配、粒形、石粉含量提出了新的表征方法，引导混凝土配合比设计更加重视骨料体系的设计与优化，更加重视级配、粒形的作用，更加科学认识、合理使用人工砂中的石粉等副产品。

3 人工砂的特性对混凝土性能的影响

混凝土的性能主要包括工作性和28 d抗压强度，其中工作性包括流动性、粘聚性、保水性和易振性，其主要测试方法有坍落度试验和维勃稠度试验。人工砂因为级配不佳，各粒径的颗粒组成比例差异较大，与最大密度理论曲线有所偏差，且颗粒尖锐棱角多、表面粗糙，对混凝土的工作性易造成坍落度损失大、拌合物泌水、粘聚性较差及泵送混凝土压力大等问题。虽然人工砂的表面粗糙和颗粒尖锐对骨料和水泥的黏结有利，但骨料间的内摩擦较大，阻止了混凝土的流动。

为改善解决上述问题，适中的石粉含量对混凝土的工作性十分重要。试验结果表明，石粉含量较低时，混凝土会出现粘聚性差、泌水的情况，坍落度小，流动性不足，坍落度试验中混凝土锥体自行坍塌。适当提高人工砂中的石粉含量，可使得混凝土变黏，包裹性更好，一定程度上改善了混凝土的泌水性和粘聚性，坍落度也增加明显，但过量石粉会使其需水量急剧增加，提高混凝土黏性，降低混凝土流动性和工作性，通常石粉含量在7%~9%时，会有较好的工作性，各方面性能均衡，应用效果较好。人工砂对混凝土力学性能的影响主要取决于人工砂的母岩岩性、人工砂级配、含泥量、石粉含量，人工砂的外观使砂颗粒之间的咬合比较紧密，在级配较好的情况下，人工砂对混凝土的强度有一定的提升，而石粉可以作为混凝土的微骨料，且具有轻微的活性，可以与水泥发生反应，石粉还可诱导水泥水化产物析晶，加速水泥的水化反应，在石粉含量不超过15%的情况下，石粉对混凝土的力学性能基本是向有利方向发展的，超过15%时会对混凝土强度造成不利影响。

4 制约人工砂应用的因素及对策

目前制约人工砂应用的主要原因是市场上人工砂质量不容乐观，大部分企业生产规模小，生产工艺落后，为节省成本常采用边角废料生产人工砂，造成人工砂质量不稳定，级配波动大，含泥量超标，施工单位难以掌控，忌惮心理排斥使用。为解决这一问题需要行业主管部门加强引导，抓大放小，培养优势企业，淘汰落后产能，提高人工砂的质量。高速公路建设由于用量大，为把控质量，可自建人工砂生产线，购进合格粗集料自行生产，可有效控制人工砂质量。

主管部门对人工砂的利用持保守态度，甚至下发红头文件限制甚至禁止使用人工砂，明确规定人工砂仅能应用于附属工程，要求现浇、悬浇、斜拉等重要桥梁、预制梁板、隧道、房建等主体结构暂不采用人工砂。由于政策因素制约，导致建设及施工单位应用人工砂政策阻力较大，往往需要多方沟通论证才能在部分工程中少量应用。而目前河砂资源枯竭，人工砂必将逐步替代河砂成为主流。因此，行业主管部门需鼓励人工砂的应用，对建设项目工程质量管控、成本工期控制将起到重大作用。

由于人工砂应用不广泛，造成能熟练掌握人工砂生产和人工砂混凝土配比的专业技术人员短缺，也在一定程度上制约了人工砂的应用推广。应加强人才的引进与培养，一般来说经过两个月左右的试配应用，大部分混凝土试验员基本能掌握人工砂混凝土的配制和生产。同时引进先进人工砂成产设备，以优良的设备克服人员技术和管理不足的问题，经过一段时间的磨合积累，循序渐进的提高。

5 结语

文章通过分析研究发现在科学合理的混凝土配比确保混凝土性能的前提下，使用人工砂生产混凝土可大幅降低混凝土成本，按目前材料单价，每方混凝土节省材料成本约52.53元，节约幅度约11%，同时其社会效益和环保效益显著。

目前制约人工砂混凝土推广应用发展的主要因素有人工砂质量、政策和专业人才短缺造成的技术缺乏等因素，文章也提出了解决途径。推广人工砂的应用，加强人工砂的科研、提高人工砂产品质量，推广和提高人工砂混凝土的配制和生产应用技术，相信在目前河砂难求及建设工程大力推进的大背景下，人工砂的应用必将越来越广，应用技术必会稳步提高，性能将达到或者超过河砂混凝土。