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水泥重要还是砂子重要?答案你可能想不到

作者:匿名

总体而言,混凝土制备是一个宏观和微观并重的系统工程。在宏观层面上,应用在不同建筑环节的混凝土需要具备不同的使用性能,在水泥、砂石、外加剂、矿物掺合料等材料的使用上进行不同的搭配;在微观层面上,从小的粉煤灰、水泥再到大一点的砂子、骨料,每一种材料都需要根据混凝土的使用场景进行优化。

  水泥是一个伟大的发明,是人类建筑史上最成功的建筑材料,其重要性毋庸置疑,不过细小的砂子也不容忽视。

  2018年10月,港珠澳大桥正式建成通车。作为一项总投资1000亿,连接香港、珠海和澳门的的超级工程,港珠澳大桥在促进香港、澳门和珠江三角洲西岸地区经济上的进一步发展具重要的战略意义,是中国乃至世界交通业最具挑战性的超级工程项目之一。

港珠澳大桥

  同时,港珠澳大桥作为一个国家装备制造业、材料业的典型集成代表,集成了前端设计、材料、工程、装备等一系列产业链,代表了中国制造的集成实力。不过很少人知道的是,港珠澳大桥建设过程中,砂子曾经是困扰施工企业的一大难题。

  机制砂1000元/吨 港珠澳大桥建设背后的故事

  港珠澳大桥堪称施工难度最大的跨海桥梁项目,高温+高湿+多盐的海洋环境对混凝土的抗海水渗透性、耐腐蚀性等方面有着极高的要求。特别是在桥面施工过程中,为了保证工程质量,大桥设计采用具备高流动性的浇注式沥青混凝土,但这一要求却面临一个难点。

  “浇注式沥青混凝土的流动性对砂子的要求极高,保证砂的表面既要有多棱体确保强度,又要有很好的圆润度和颗粒级配保证流动性,但是当时国内的机制砂很多都存在过多的菱角或存在针片状很难滚动,难以符合施工要求。”作为港珠澳大桥机制砂装备重要提供商福建南方路面机械股份有限公司市场总监周炜在与中国水泥网交流过程中表示。

  资料显示,当时对机制砂的要求达到了极为严苛的程度。港珠澳大桥路面工艺采用浇注式沥青混凝土施工工艺,即在钢桥面上浇筑铺设沥青混凝土路面,对砂石骨料的性能提出了非常高的要求。为了达成120年使用寿命的标准,工程对质量和细节的追求也达到了前所未有的程度。

  据南方路机市场总监周炜的介绍,当时为了解决砂子的问题,建设方曾找到国外机制砂生产企业,该企业生产的产品能够满足建设需要,但是给出的价格却高达1000元/吨,这个价格是普通机制砂价格的10倍。

  为了解决砂子的问题,大桥路面施工方保利长大工程有限公司副总工程师杨东来博士和他的团队,找遍了全国机制砂生产企业,最后找到了南方路机,希望能够利用国产设备生产出符合大桥建设要求的机制砂。据周炜的回忆,当时杨东来博士带领保利长大实验室核心成员一行人,拉了一卡车骨料到南方路机进行设备验证。

港珠澳大桥浇筑式沥青混凝土施工

  浇注式沥青混凝土精细集料的生产一直是沥青混凝土行业的一个难题,港珠澳大桥使用沥青细集料原材料为辉绿岩、石灰岩、花岗岩、玄武岩等,规格为10-30mm。以辉绿岩或玄武岩为例:针对0~2.36mm范围内精细集料的生产也面临同粒径范围的微粉、颗粒相互混合的问题。例如精细骨料的生产需要将不同粒径大小的颗粒与微粉划定为0~0.075mm;0.075~0.212mm、0.212~0.6mm、0.6~2.36mm四类,且误差不能超过10%。规格、比例要求如此精细的成品砂石骨料对设备的要求是极高的。单看筛分规格这组数据,就可知其难度之大!

  后来,经过两天两夜的连续实验,第三天一大早结果出炉。实验结果显示,南方路机生产的机制砂完全符合港珠澳大桥建设要求,甚至比国外进口产品更好。

  至此,困扰大桥建设的机制砂问题终于得到解决。

港珠澳大桥

  被忽视的砂子 建筑长寿的秘诀

  砂子的问题之所以在港珠澳大桥建设过程中被如此重视,关键还是在于砂子对建筑质量的影响不容忽视。

  传统意义上认为,水泥是混凝土制备过程中最重要的材料,此话不假,但混凝土作为一种“科技含量”极高的建筑材料,性能影响因素众多,如砂石骨料级配、粒型以及外加剂、矿粉的用量、施工和后期养护等等。

  具体到砂子,精品砂不仅仅影响到混凝土的性能,更可以减少水泥和外加剂的使用,减少对矿石、化石能源等不可再生资源的浪费。

  砂在混凝土中主要起到空隙填充和控制流动性的作用,提高混凝土的密实度,减少水和水泥用量,同时降低混凝土水灰比,而水灰比直接影响混凝土强度、和易性和耐久性,更低的水灰比还可以提高混凝土抗裂、抗收缩能力。

  在海洋工程中,由于环境处于高温、高湿、多盐环境,对混凝土的抗渗透性和抗腐蚀性有着极高的要求。颗粒圆润、级配合理的机制砂可提升混凝土密实度,减少混凝土空隙,延长混凝土使用寿命。这也是港珠澳大桥建设过程中,不惜以1000元/吨的高价采购进口精品砂的原因。

  总体而言,混凝土制备是一个宏观和微观并重的系统工程。在宏观层面上,应用在不同建筑环节的混凝土需要具备不同的使用性能,在水泥、砂石、外加剂、矿物掺合料等材料的使用上进行不同的搭配;在微观层面上,从小的粉煤灰、水泥再到大一点的砂子、骨料,每一种材料都需要根据混凝土的使用场景进行优化。

  微观层面的不足,体现在混凝土宏观层面就是性能的缺陷,进而影响建筑物使用寿命,而砂子在其中扮演了极为重要的作用。

  共建生态文明 砂必有为

  砂在提升混凝土性能,延长建筑物使用寿命方面的重要意义已经在各项重大工程建设中得到了充分的证明。但是,由于长久以来建筑用砂都是以河沙为主,且混凝土行业发展程度落后于水泥行业,水泥的重要性被过分的夸大,导致建材领域尤其是水泥行业对砂的重要性有所忽略。

  近年来,由于河道生态破坏、水土流失严重等原因天然砂限采,机制砂正在逐步成为建筑用砂的主要来源。水泥企业也开始大规模涉足机制砂产业,但作为“门外汉”,充分理解砂的重要性极为必要。

  特别是当前,共建生态文明已经成为全社会的共识,国家层面更是针对机制砂石发展连续出台规范政策,机制砂作为保障建筑质量的关键一环,有望在高质量发展的道路上高速发展。周炜总监在于中国水泥网交流过程中也表示,受新基建和传统基建的双重拉动,未来国内机制砂用量将大幅增长,在建筑用砂中所占比重也有望在几年内提升到80%以上。

  有基于此,保障机制砂品质显得尤为重要,尤其是在结构建筑中,高品质砂石的应用是提升建筑物使用寿命的关键。

  近年来,无论是水泥行业还是整个建筑领域都在倡导绿色发展,但必须看到的是,真正的绿色发展不仅仅是原材料生产过程中减少资源消耗和环境污染,更重要的是提升建筑质量,并降低混凝土制备过程中对水泥等高污染,高资源消耗产品的使用。

  在某种程度上讲,用最少的资源消耗建设满足不同需求的建筑物,并尽可能延长建筑物使用寿命对建筑行业绿色发展更为重要。

 
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