水利工程使用天然砂与机制砂的对比

天然砂是指粒径在5mm 以下的岩石颗粒，这种砂一般在天然条件作用下（主要是岩石风化作用）形成。由于天然砂经过水冲而成，所以一般手感上较为细腻。机制砂则是指通过制砂机和其它附属设备加工制作而成的不同大小和制作规格的砂，加工工艺不同，颗粒大小也不同，成品更加规则。

　　　1 工程概况

　　　黔中水利枢纽工程是以灌溉、城市供水为主，兼顾发电、县乡供水、人畜饮水等综合利用的跨流域大型调水枢纽工程，拟解决贵阳、安顺的城市供水，以及六枝北部和东部、普定南部、镇宁北部、关岭中部、西秀南部和东部、平坝南部、长顺东北部等7 个县49 个乡镇4.35 万hm2 农灌用水、农村41.80 万人和36.40 万头大牲畜安全饮水、5 个县城和36 个乡镇供水。灌区工程从首部枢纽平寨水库拟经63.40 km 总干渠自流引到镇宁桂家湖水库后，再沿桂松干渠前段自流到双堡，经过革寨水库泵站提水后汇入凯掌水库和麻线河，*终汇入松柏山水库，桂松干渠长84.77 km。

　　　黔中水利枢纽一期工程共有高大跨渡槽12 座，其中草地坡渡槽（跨度180 m）、徐家湾渡槽（跨度180 m）、河沟头渡槽（跨度150 m）、焦家渡槽（跨度150 m）共4 座刚构式渡槽及龙场拱式渡槽（跨度208m）槽身混凝土强度等级为C55；蔡子冲渡槽主跨为28 m×50 m 的槽身混凝土强度等级为C50。两种强度等级的混凝土数量约为65000 m3，需要用砂约33000 m3。


　　　 2 采用机制砂的目的
　　　 随着建筑工程建设规模的日益扩大，天然砂使用量也在与日剧增，再加上相关保护政策的落实，导致天然砂越来越少，这给人工制造而成的机制砂的使用带来了市场空间。

　　　 2.1 坚固性与耐久性试验
　　　 与传统的河砂相比，机制砂的坚固性能较为逊色，但是根据我国颁布的建筑工程GB/T141684293 标准，在普通混凝土中，机制砂的使用不存在问题。需要注意的是，在混凝土构件中，由于其经常遭受摩擦，外加剂的使用要慎重，同时石粉含量、灰砂比和砂的压碎指标等还要根据具体工程实例重点分析。

　　　　2.2 机制砂石粉含量对水泥拌合物性能的影响与天然砂相比，在砂浆试验、水泥的试验、混凝土试验等方面，机制砂配制的混凝土使用效果基本一样，两者的*主要区别在于在相同坍落度下，要保证混凝土的强度基本不变，机制砂需要更多的用水量。使用特种混凝土，例如用机制砂配制泵送混凝土时，从混凝土强度和耐久性角度出发，机制砂的使用量不宜过高。

　　　　2.3 机制砂的颗粒度更不规则
　　　　在使用水泥等结构粘合时，往往有更好的粘合度，更抗压，使用寿命也更长。作为混凝土结构材料的重要组成之一，砂石的使用与整个工程质量密切相关。在某些缺乏天然砂的地区，优质机制砂用于混凝土施工生产不仅可行，机制砂可以通过PCL制砂机制造或者使用反击式高效细碎机制造获得，与天然砂一样，其使用的综合效益也较高。由于贵州地处山区，缺少天然砂石，贵州省内工程多采用人工开采砂石料。如果采用天然砂，从*近能符合标准的产地运至工地现场（运距约800 km），由此计算砂的综合价格就将达到780 元/m3，将造成工程的投资大幅度的增加。参照贵州目前交通行业同类大桥的施工经验，建设单位从质量、进度、投资等方面综合进行试验比较工作，特别委托了贵州省水利水电勘测设计研究院和中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院两家单位进行天然河砂与机制砂的对比试验研究。

　　　 3 试验目的和内容
　　　　两家设计院采用同一个配合比参数进行拌制，分别做了机制砂、河砂C55 混凝土力学指标、耐久性等综合性能的对比研究，以了解和对比机制砂、河砂对于拌制C55 泵送混凝土工作性能的影响，推荐合适本工程使用的砂料，同时采用河砂、机制砂为细集料各制作100 组混凝土试件，分为7d、14d、28d 龄期进行抗压试验对比，了解机制砂与河砂对混凝土强度的影响及发展规律。

　　　 4 试验过程
　　　 4.1 试样采集
　　　 对不同产地或不同规格的细集料分别采样。在料堆上进行取样时，所选取的部位要确保分布均匀。为了避免表层样品对试验产生影响，取样前将其去除。在料堆上抽取大致相等的8 份样品组成一组；一旦发现检验不合格时，必须重新取样。针对不合格项，出于对试验严谨性的考虑，还需再次进行试验。在实验中，只要有一个项目不满足要求，这一个样品便是不合格样品。为了保证经一项试验后样品对另一项试验的结果不产生影响，几项不同的试验可以使用同组样品进行。

　　　　4.2 样品的缩分
　　　 在潮湿的状态下，将样品用人工四分法缩分：将所取每组样品堆成厚度约为20 mm 的圆饼，放在平板上，把“圆饼”分成大致相等的四份，然后将重新拌匀对角的两份，再堆成“圆饼”，并重复上述过程，这样就可以保证所用试样的紧密度、堆积度以及含水率一致性。

　　　　4.3 检验频次
　　　　每批砂进场时，由仓管员目测检查砂的外观质量和砂的颗粒级配情况。每周进行1 次颗粒级配和含泥量检验。使用新产源的砂时， 应由供货单位送样到国家认可的检测机构按JGJ52-2006 中规定的砂质量要求进行全面检验。试验室则进行颗粒级配、含泥量和泥块含量检验。

　　　　4.4 机制砂试验
　　　 试验用的机制砂取自高大跨渡槽规定料场，生产工艺包括：震动喂料器，初破用颚式破碎机，二破、三破用立轴式冲击破碎机，四层筛网的大面积震动筛，细集料筛分使用隔片筛及吸尘装备。母岩主要由方解石组成，方解石呈半自形- 他形粒状紧密镶嵌，粒度多集中于0.01～0.02 mm，少量粒度可达0.05 mm。机制砂试验检测结果表明，该批机制砂所检项目均满足《公路桥涵施工技术规范JTG-TF50-2011》的技术要求，评定为中砂。

　　　　 4.5 河砂试验
　　　　试验的河砂为广西合浦生产，河砂试验检测结果表明，该批河细度模数3.00，其他所检项目均满足《公路桥涵施工技术规范JTG-TF50-2011》的技术要求，评定为中砂，调整砂率使用。

　　　 4.6 复检及不合格品评定
　　　　当颗粒级配、含泥量、泥块含量检测结果中有一项性能指标不符合标准要求时，则应从同一批砂中加倍取样，对不符合标准要求的项目进行复检。复检结果仍有一项指标不符合要求时，则判定该砂为不合格品。检验结果如按采购标准衡量被定为不合格品时，不得投入使用。
　　　
　　　 5 试验结果（C55 混凝土强度对比）
　　　 试验混凝土强度对比过程参照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）和《贵州省高速公路机制砂高强度混凝土技术规程》（DBJ52-55-2008） 的要求进行试验。试拌机制砂C55 混凝土100 组，河砂C55 混凝土100 组，分别做7 d、14 d、28d 抗压强度试验，试验结果为：*一，河砂拌制的C55 混凝土10 组7 d 抗压强度平均值为52.50 MPa,6 组14 d 抗压强度平均值为59.40 MPa，74 组28d 抗压强度平均值为63.10 MPa。第二，机制砂拌制的C55 混凝土10 组7 d 抗压强度平均值为61.50 MPa，6 组14 d 抗压强度平均值为64.00 MPa，68 组28d 抗压强度平均值为66.50 MPa。机制砂拌制的混凝土7 d、14 d、28 d 抗压强度均高于河砂拌制的混凝土。同时试验还对机制砂、河砂拌制混凝土的变异系数、标准差和保证率进行了对比，试验数值都接近，可以说明该次河砂、机制砂对比试验水平相当，试验结果具有可比性。

　　　 虽然河砂拌制的混凝土和易性较好，但通过试验可知，使用机制砂拌制的混凝土在保证其工作性能的前提下，更适合早期强度要求增长较快的预应力混凝土结构。天然砂是不可再生资源，随着大规模的开采利用，已日渐走向枯竭，天然砂的数量和质量都远远满足不了我国建筑工程日益增长的材料需求，因此，机制砂的推广使用将会成为未来一个重要的发展方向。

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