为什么北部天然砂稀缺
几十年来,阿尔及利亚北部的混凝土用的是从干河谷挖采的河砂。这一资源有限,开采会破坏河床和地下水,多年来一直受到限制和管制。结果是,级配良好的洁净河砂价格昂贵且供应不稳,远离少数获准砂源的地方尤其如此,承包商因此转向该国储量丰富的两种替代品:撒哈拉的沙丘砂和石灰岩采石场的机制砂。
沙丘砂(风积砂):丰富但极细
沙丘砂浑圆、洁净、极其均匀——而这正是问题所在。其颗粒几乎全部集中在很窄的细粒区间,细度模数远低于混凝土标准偏好的范围;单独用它配制的混凝土需要更多的水和水泥才能有和易性,收缩更大,强度也偏低。尽管如此,阿尔及利亚对它进行了大量研究,因为它在南部免费且随处可见:作为掺配料与较粗的砂混合,有时再加石粉或掺合料补全曲线,可以得到合格的混凝土;它也广泛用于砂浆和撒哈拉道路的砂基材料。经验法则是:沙丘砂可以修正曲线,却很少能单独构成曲线。
机制砂:棱角分明,石粉须控制
机制砂是破碎筛分站产出的 0/3 至 0/5 粒级,在阿尔及利亚多以石灰岩为原料。其颗粒棱角分明、表面粗糙,能改善与水泥浆的粘结和混合料的力学强度,但在相同和易性下需要稍多的水或外加剂。其级配连续,可在破碎站调整,并含有一定比例的石粉(破碎产生的粉末),这既是弱点也是优势:过多的黏土类细粒会损害混凝土,而洁净的石灰石粉却能填充空隙、改善黏聚性。
正因如此,测定细粒中黏土活性的亚甲蓝试验对机制砂与砂当量同等重要。阿尔及利亚对石灰岩机制砂普通混凝土和砂浆的研究一般发现,石粉含量在 10% 至 15% 左右最佳;只要这些细粒是石灰石粉而非黏土,部分试验系列中高至 20% 左右强度和耐久性仍能保持;但规范仍按标准规定的类别对石粉含量设定上限。破碎站还可以通过水洗或风选把石粉含量调整到规范要求的数值。
三种砂的并列比较
一般趋势;以具体砂源的试验结果为准。
| 性能 | 河砂(冲积砂) | 沙丘砂 | 机制砂 |
|---|---|---|---|
| 可得性 | 稀缺,开采受管制 | 南部储量丰富 | 采石场按需生产 |
| 颗粒形状 | 浑圆 | 浑圆 | 棱角状 |
| 级配 | 随砂源变化 | 极细,均匀 | 连续,可在破碎站调整 |
| 细粒 | 常含黏土 | 很少 | 石灰石粉,须控制 |
| 需水量 | 低 | 高 | 中等 |
| 混凝土强度 | 级配良好时好 | 单独使用偏低;可掺配使用 | 好;棱角有利 |
| 稳定性 | 取决于河流 | 高 | 生产受控时高 |
| 沥青混合料 | 可用 | 不能单独使用 | 优选:棱角状颗粒抗变形 |
对沥青和道路结构层意味着什么
对热拌沥青而言,答案比混凝土更明确:优选机制砂,因为其棱角状颗粒相互嵌挤,能抵抗高温下重载交通造成的车辙——这正是阿尔及利亚的工况;浑圆的砂配制的混合料容易摊铺,却更早变形。在无结合料路面层中,级配碎石的砂粒部分与碎石来自同一台破碎机,这个问题很少出现;而在撒哈拉,砂基稳定层出于必要使用沙丘砂。
实际如何选择
选择由项目实验室通过试拌,在工地经济运距内实际可得的砂中做出。供应商能做的,是交付从第一车到最后一车曲线、石粉含量和洁净度始终一致的砂,并提供每个交货期的试验结果。对业主而言,有用的问题是:砂来自哪里,石粉如何控制,砂当量和亚甲蓝值是多少,供应能否维持工地所需的进度。
常见问题
沙丘砂可以用于混凝土吗?
沙丘砂用于混凝土主要是作为掺配料与较粗的砂混合,因为单独使用过细且过于均匀,会提高需水量和收缩、降低强度;阿尔及利亚的研究记录了通过掺配和补全曲线的掺合料得到合格混凝土的案例。
混凝土用机制砂比河砂好吗?
是不同而非更好:机制砂棱角分明,能改善粘结和强度,级配可在破碎站控制,但需要稍多的水或外加剂,且石粉必须洁净;河砂浑圆、和易性好,但在阿尔及利亚稀缺且不稳定。配合比设计得当,机制砂能配制出同等质量的混凝土。
机制砂可以含多少石粉?
取决于规范和细粒的性质:阿尔及利亚对石灰岩机制砂的研究一般发现,当细粒是石灰石粉而非黏土时(由亚甲蓝试验验证),普通混凝土中石粉含量在 10% 至 15% 左右最佳,部分研究中高至 20% 左右仍可接受;应供应的类别由规范确定。
为什么阿尔及利亚河砂稀缺?
因为为保护河床和地下水,干河谷采砂多年来一直受到限制,获准的砂源少且远离大多数工地,因此北部通常以机制砂替代,南部则以沙丘砂掺配替代。
沥青用哪种砂?
热拌沥青一般优选机制砂,因为其棱角状颗粒相互嵌挤,能抵抗高温下重载交通造成的车辙,而浑圆的砂配制的混合料更早变形。