第1章 绪论
1.1 研究背景和意义
混凝土是目前工业与民用建筑中最常使用的工程材料,在建筑、桥梁、交通、水利、港口和地下工程等领域具有广泛使用价值,这些混凝土结构不仅承受正常设计荷载(诸如准静态荷载和蠕变荷载等),还受到动荷载(诸如冲击、爆炸和地震等)、高温等的作用。因此,对混凝土材料在这些荷载作用下的研究受到国内外学者的关注。
混凝土是以水泥为主要胶结材料,拌合一定比例的砂、石和水,经过搅拌、注模、振捣、养护等工序后,逐渐凝固硬化而成的人工混合材料。目前常用的建筑用砂主要是天然砂和人工砂。2011年实施的国家标准《建筑用砂》(GB/T14684-2011)中明确将砂按产源分为天然砂和人工砂两类。天然砂包括河砂、湖砂、山砂及淡化海砂。人工砂是经除土处理的机制砂和混合砂的统称:机制砂是由机械破碎、筛分制成的,粒径小于4.75 mm的岩石颗粒,但不包括软质岩、风化岩颗粒;混合砂是由机制砂和天然砂混合制成的砂。
天然砂是一种地方性资源,在我国分布很不均匀,有些地区的天然砂资源并不丰富。天然砂短时间内不可再生,不适宜长距离运输,不少地区的天然砂资源已近枯竭,还有很多地方已经开始禁采或限采天然砂,这样工程用砂供需之间的矛盾便日渐突出起来,导致砂的价格越来越高,用砂高峰时甚至无砂可用,影响了工程建设的进展。随着混凝土技术的迅速发展,现代混凝土对砂的技术要求越来越高,能满足其要求的天然砂越来越少。
建筑用砂中的人工砂主要是机制砂,其质量不仅取决于加工人工砂的机械设备,还与原材料和制造工艺等密不可分。由于全国各地机制砂生产矿源、加工设备和工艺的不同,生产出的机制砂粒型和级配有很大的区别,而且制造成本较高。从就地取材、降低工程造价、保护环境和合理开发利用自然资源的原则出发,寻找建筑用砂的替代砂是很有必要的。
目前全世界沙漠面积约有3600万km2,约占全球陆地总面积的25%。我国是沙漠比较多的国家之一,沙漠的总面积约173万km2,占全国土地面积的18%左右,不仅如此,每年都有大面积的沙漠在逐渐形成,土地沙漠化将对我国经济造成不可估量的损失。经过近几十年飞速发展,我国建设了大量的基础工程,从可持续发展的角度看,我国的中、粗砂资源的储备量和质量已经很难满足当今建设规模和速度的需求,在西部沙漠地区和沙地地区,工程用砂的需求量随着基础建设规模的不断扩大而日益增加,而且工程用砂的采购和运输等增加了建设成本。
随着西部大开发的提出,全国基础设施建设将达到新的高峰,在沙漠化日益严重的西部地区,天然细骨料非常匮乏,但却蕴藏着丰富的沙漠砂资源,长久以来这些资源都未得到充分利用,从其他地区运来的中、粗砂和本地加工的山砂,都大大增加了混凝土生产成本。利用当地丰富的沙漠砂资源配制适合于工程应用的沙漠砂混凝土,既能降低工程造价,又能保护当地环境,并使资源得以合理开发利用,具有十分重要的意义。