人工沙作为一种新型的建筑用砂，已被正式列入国家标准［１］。天然砂的资源是有限的，其产源具有地域性，长期大量采挖会破坏生态。因此，无论是市场发展的需求还是环境保护的需要，都有必要考虑人工砂资源的利用。早在20世纪60年代，我国的一些行业和地区的工程建设中，已经开始使用人工砂［２］，如水利水电工程建设等。但是，多数建设单位对人工砂还较陌生，特别是人工砂在生产过程中会不可避免地产生较多石粉，这与天然砂有着显著的区别。近几年来，在高石粉含量人工砂的性能和应用方面开展了一些研究［３，４］，但是，还远不够完善。
本文结合棉花滩水电站建设工程中使用高石粉含量人工砂的可行性分析，进行了高石粉含量人工砂性能及应用研究，通过比较不同石粉含量的人工砂混凝土的性能，得出了最优石粉含量人工砂，并有效地改善和提高了混凝土性能，为工程建设以及拓展高石粉含量人工砂的应用提供了技术依据。
棉花滩水电站混凝土工程中既有碾压混凝土，也有常态混凝土；碾压混凝土用量为４５万ｍ３，常态混凝土用量为２５万ｍ３。生产混凝土所用的砂石骨料全部采用人工轧制，其中人工砂生产系统为瑞典斯维拉达公司的机械产品，工艺为干法生产。用于制作人工砂的岩石为黑云母花岗岩，矿物成分以钾长石、斜长石和石英石为主，含少量暗色矿物及黑云母。原状人工砂细度模数在２２～２８范围内波动，石粉含量为１９％～２２％（质量分数，本文中所涉及的掺量、含量均为质量分数）。原状人工砂石粉含量多，颗粒级配不合理，其中粗颗粒（１２５ｍｍ以上）和细颗粒（０１６ｍｍ以下）偏多。粒径小于００８ｍｍ的细粉含量约占石粉总量的33%。这种人工砂较适合碾压混凝土施工，但其石粉含量高于常态混凝土的控制指标。为常态混凝土用砂的需要，同时为解决高石粉含量人工砂的出路，减少工程投资，笔者进行了高石粉含量人工砂混凝土的研究，有望为该材料的进一步推广应用提供依据。
1试验原材料
试验用水泥为三德牌４２.５普通硅酸盐水泥，各项技术指标符合GB 175—2001技术要求；粉煤灰由嵩能粉煤灰有限公司生产，细度为１４.８％，需水量比为９８％，各项指标均符合GB 1596—91Ⅱ级粉煤灰的技术要求，粉煤灰掺量为水泥用量的２０％。
粗骨料为岩石经机械破碎后制成的粒径为５～８０ｍｍ的碎石颗粒，分为小、中、大3级，粗骨料级配及比例分别为：
一级配，包括2种，即：（1）骨料最大粒径ＤＭ＝２０ｍｍ；（２）骨料最大粒径ＤＭ＝３０ｍｍ，由三级配骨料经湿筛后得到；二级配：骨料最大粒径DM＝４０ｍｍ，小石与中石的质量比为４０∶６０；三级配：骨料最大粒径ＤＭ＝８０ｍｍ，小石、中石、大石的质量比为２０∶３０∶５０。
细骨料为高石粉含量人工沙，根据研究需要，设计并配制了石粉含量分别为２１％（原状人工砂），16%，12%以及3%等工况混凝土用的细骨料。
外加剂为ＢＤ-Ｖ型混凝土缓凝减水剂，密度１２ｇ／ｃｍ３，ｐＨ值７.０５，掺量为胶凝材料总量（水泥+粉煤灰）的０.６％。
2试验结果及讨论
２.１石粉含量的优选
为了得出不同石粉含量人工沙混凝土的强度与水灰比之间的关系，并初选出较优的石粉含量，设计了7个不同的水灰比，用4种不同石粉含量的人工砂及一级配骨料（DM＝２０ｍｍ）进行混凝土配合比试验。采用标准立方体试件，标准养护２８ｄ。
混凝土配合比以及相应的抗压强度试验结果列于表１。由表1结果可知，在不同的水灰比下，石粉含量对混凝土强度的影响规律基本一致，随水灰比增大，混凝土强度降低。石粉含量为１６％时，其混凝土强度明显高于石粉含量为１２％的混凝土，当石粉含量增大至21%时，混凝土强度降低，但仍高于石粉含量为１２％时的强度。根据表1的结果并应用最小二乘法原理进行线性拟合，得到图1所示的混凝土强度与灰水比的关系。由图1可以看出，在石粉含量为21%的状况下，当灰水比趋向于1４（即水灰比趋向０７０）时，其强度接近石粉含量为12%的强度；当灰水比趋向于２５（即水灰比趋向０４０）时，其强度接近石粉含量16%；当灰水比等于2，即水灰比等于０５０时，其强度居于石粉含量12%与16%之间。由此可知，当水灰比大于０５０时，以石粉含量16%为较优；当水灰比小于０５０时，较优石粉含量介于１６％～２１％之间。
