機制砂技術與經濟效益的論文

1、機制砂的應用

隨着國家經濟的飛速發展，我國基本建設方興未艾，工程用砂消耗巨大，但由於我國砂資源分佈不均，有些地區的天然砂十分缺乏，從外地運砂則運費太高，所以必須尋找適宜的代砂材料，國內相繼出現了以機制砂替代天然河砂的實踐，在實際應用中取得了較好的經濟效益和社會效益。20世紀90年代以來，京、津、滬、渝等地都有了機制砂生產線，生產和使用也帶動了機制砂的研究。關於機制砂的應用，美國、英國、日本等國家使用機制砂有幾十年的歷史，而且應用範圍和比重在不斷增加，如20世紀80年代日本的天然集料與人工集料的比例大約爲9：10，到90年代則爲5：10。近二十年來，鐵路工程、市政工程、道路橋樑、高層建築大規模興建，天然砂已經不能滿足需求，機制砂以其安全、可靠、豐富、經濟等特點，將得到全面推廣和應用。

2、機制砂的生產工藝

機制砂的質量除採用合適的岩石外，很大程度上取決於加工的機械設備和製造工藝。在設備方面，制砂機按照破碎原理分，主要有齶式、棒磨式、圓錐式、旋迴式、錘式、旋盤式、反擊式、對輥式和衝擊式等;導致最終產品顆粒形狀的`優劣排序爲：棒磨式、錘式和衝擊式等優於反擊式、圓錐式和旋盤式，齶式、輥式和旋迴式最差，但前者製造成本較高。許多專業人士認爲建設工地或專業生產機制砂的石料廠選擇棒磨機爲宜，因爲棒磨機的生產過程，是利用筒體內棒與棒之間的線接觸進行的，棒對石料的粉磨有選擇性，先磨大粒石料，然後逐步將石料按粒度的大小依次粉磨，過磨現象少，同時棒磨機制砂可以通過多種參數進行質量控制，產品質量較爲穩定，且砂料顆粒粒形較好。

3、機制砂的技術標準

3.1機制砂的定義

砂是一種常用的建築材料，在混凝土圬工中是一種必不可少的細骨料，新的國家標準《建築用砂》(GB/T14684-2001)中，明確了機制砂(譯爲Mechanicalsand)是指經除土處理，由機械破碎、篩分製成的，粒徑小於4.75mm的岩石顆粒，但不包括軟質巖、風化岩石的顆粒。

3.2機制砂的分類

機制砂按細度模數分爲粗、中、細三種規格，其細度模數分別爲：粗：3.7～3.1;中：3.0～2.3;細：2.2～1.6。機制砂按技術要求分爲Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。Ⅰ類宜用於強度等級大於C55的混凝土;Ⅱ類宜用於強度等級C30～C55及抗凍、抗滲或其他要求的混凝土;Ⅲ類宜用於強度等級小於C30的混凝土和建築砂漿。鹼集料反應主要是指水泥中的鹼與集料中鹼活性礦物在潮溼環境下緩慢發生的化學反應，即鹼硅酸反應(簡稱ASR)，反應生成物鹼硅酸鹽凝膠體膨脹引起混凝土產生裂縫。若骨料屬鹼-硅質集料，應採用巖相法(TB/T2922.1-1998)或砂漿棒法(TB/T2922.3-1998;GB/T14684-2001)等試驗方法。若骨料屬鹼-碳酸集料，應採用岩石柱法(TB/T2922.2-1998)試驗。

4、機制砂砼試配要求

水泥28天的實測強度必須符合規範;集料的物理特性、級配、堅固性、有害物質含量，石粉和泥塊含量、鹼集料反應等參數必須符合3的要求;其單方水泥用量，無外加劑時，不大於550kg，用外加劑時，小於500kg;水泥強度等級與混凝土設計強度等級須匹配;泵送劑(或減水劑)的使用，原則上，當水泥用量大於500kg/m3時，該配合比須用泵送劑做對比試驗。

5、應用技術

(1)選取符合技術要求的級配機制砂，可以取代河砂，按照合理的配合比設計方法配料，所得機制砂混凝土在和易性、表面整飾、強度、耐磨、抗幹縮等性能上均能滿足一般混凝土工程的設計與施工工藝要求。

(2)配製一般混凝土的機制砂的技術要求爲：質地堅硬、潔淨、級配符合規範，其最大粒徑不超過10mm，小於0.08mm石粉含量不大於7%。

(3)用於混凝土的機制砂應進行鹼活性試驗，經鹼集料反應試驗後，其試件應無裂縫、酥裂、膠體外溢等現象，在規定的試驗齡期內膨脹率應小於0.1%。預防措施有：①限制水泥含鹼量(NaO2eq%)，選用水泥含鹼量≯0.6%的低鹼水泥②採用非活性骨料;③摻適量的礦碴、粉煤灰、硅灰等混合材料。

(4)機制砂的細度模數宜控制在2.8～3.6之間，有資料表明：以3.0～3.3之間爲最佳。

(5)石粉對水泥機理增強表現在兩方面：①石粉在水泥水化反應中起晶核作用，誘導水泥水化產物析晶，加速水泥水化;②石粉參與水泥水化反應，生成水化碳鋁酸鈣，阻止鈣礬石向單硫型的水化硫鋁酸鈣轉化。

(6)機制砂混凝土的和易性比天然河砂混凝土差，可通過改變砂率或加入適量石粉(小於7%)改善其和易性。

(7)攪拌進料，宜用碎石分開：即水泥、碎石、機制砂或機制砂、碎石、水泥的方式，有利與骨料均拌，避免離析。

(8)當用於泵送混凝土時，宜採用機制中砂，其通過300m篩孔的顆粒含量不宜少於15%，通過150m篩孔的顆粒含量不宜少於5%。

6、經濟效益

機制砂生產成本低廉，運距短，運費低，與遠運天然河砂相比，具有較大的優勢。本文以某項目爲例加以分析。

6.1項目概況

某新建鐵路，全長377.97km，線路穿行於雲貴高原區與長江中下游平原區的接合部，沿線海拔多在700～1500m，山高壁陡，河谷深切，一般切割深度爲600～700m，最大高差達1200m，地形十分困難，控制性工程多。區內出露Z∽Q地層，巖性主要爲碳酸鹽。線路所經地區大部分爲山嶺重丘區，除起點和終點附近工程用砂可採用長江河砂(來自洞庭湖)外，其餘均爲缺砂地區。全線路基土石方4581.0萬斷面方，擋土牆97.24萬圬工方，橋樑182座56540延長米，隧道113座224040延長米，房屋156344m2。

6.2技術經濟分析

該項目工程用砂總量約659.1萬方(不含簡支樑)，扣除特殊結構橋樑樑部圬工用砂量，扣除其他高標號砼(C40)圬工用砂量，初步估算使用機制砂的量約爲461.4萬方。下面我們按三種供料方式分析其技術經濟指標(汽車運價率按0.506元/計列)(1)機制砂由附近採石場供應根據歷次外業調查資料，計算如下：

①天然砂：平均運距120km，平均購買價65元/m3;則工地價爲65元/m3+120km0.506元/1.58t/m3=160.9元/m3;

②機制砂：平均運距12km，平均購買價58元/m3;則工地價爲58元/m3+12km0.506元/1.58t/m3=67.6元/m3;其單價差爲160.9-67.6=93.3元/m3;可節省投資約：Q=461.4萬m393.3元/m3≌43048.6萬元。(2)施工單位自採按照鐵路工程現行定額和工料機水平分析，機制砂自採價爲54.7元/m3，另購買山體費按2.0元/m3計列，平均運距12km。則工地價爲54.7元/m3+2.0元/m3+12km0.506元/1.58t/m3=66.3元/m3;可節省投資約：Q=461.4萬m3(160.9-66.3)元/m3≌43648.4萬元。

(3)利用隧道棄碴或路塹棄方按照鐵路工程現行定額和工料機水平分析，利用隧道棄碴或路塹棄方生產機制砂單價爲53.1元/m3，平均運距按8km計列。則工地價爲53.1元/m3+8km0.506元/1.58t/m3=59.5元/m3;可節省投資約：Q=461.4萬m3(160.9-59.5)元/m3≌46785.9萬元。由此可見，採用機制砂能有效節省投資，降低工程造價。

7、結束語

近年來，國家加大鐵路工程、高速公路、市政建設等基礎設施的投入力度，天然河砂越來越緊缺，價格上漲較快，給工程投資帶來巨大壓力。而且運距較遠，有的項目因供砂困難影響到工程施工進度。使用機制砂不僅可以就地取材，節省投資，還可以有效帶動地方經濟，特別是利用隧道棄碴，還可以保護環境，變廢爲寶。這都說明，機制砂的採用在缺砂地區的工程建設中具有巨大的社會價值和經濟價值，極具推廣意義。