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混凝土和水泥砂浆生产用河砂替代品研究(第一阶段)最终报告

混凝土和水泥砂浆生产用河砂替代品研究(第一阶段)最终报告 2017-03-15

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行政總結
過量開採河砂會產生負面的環境影響和導致河堤不穩。基於此原因,限制河砂開採已經成為全球趨勢。對於香港本地而言,由於從大陸入口的河砂受到限制,導致在混凝土和砂漿生產中作為細骨料使用的河砂銳減。有鑑於此,建造業議會開展本項研究項目,探索可用於混凝土和砂漿生產的河砂替代品。
在研究之初,就已發現對用於混凝土和砂漿的細骨料需要區分,因為它們對混凝土/砂漿性能的影響是不同的,同時對它們的要求也是不同的。事實上,通常關於它們的標準也是區分開的。
從對混凝土和砂漿用骨料的英國標準,歐洲標準,中國標準以及香港建築標準的文獻綜述中,可以看到在歐洲標準中的篩孔徑和粗細骨料劃分與在英國標準(香港也使用)中的是完全不同的。由於在中國標準中,篩孔徑和粗細骨料劃分與在英國標準中的非常接近,且由於一些石礦場同時向香港和大陸市場供應骨料,從市場運作的角度,使用英國標準更好。為此,香港政府已為混凝土用骨料起草了一部本地建築標準《CS3》,該標準基本上遵循現時的英國標準。
在各類標準中,對微細粉含量的極限值規定和對微細粉含量有害性的評估是主要關注的問題。由於尚未制定方法對骨料中的微細粉進行有害性的評估,也沒有對微細粉的無害性制定驗收標準,因此通常的做法是限制微細粉含量,希望以此降低在骨料中存在有害物的風險。對於微細粉含量,由於受到流水的沖洗,河砂的微細粉含量較低,而石粉(即從碎石得來的細骨料)的微細粉含量較高。另一個重要問題是,由於要求的不同,為混凝土用骨料訂立的建築標準《CS3》並不適用於砂漿用骨料。因此,有需要為砂漿用骨料訂立一部新的建築標準(《CS4》?)。更為重要的是,由於較高的微細粉含量已經對砂漿工程造成影響,因此對砂漿用骨料的微細粉含量的極限值要比對混凝土用骨料的微細粉含量極限值設得更低。
通過對持份者的訪問,很顯然,石粉已經作為河砂替代品在混凝土生產中被當做細骨料使用了,但由於較高的微細粉含量,石粉不適合作為河砂替代品在砂漿中使用。即使可用於混凝土,石粉中較高的微細粉含量也可能產生問題。最好的方法是對石粉進行加工以降低和控制它的微細粉含量來配合不同的應用。同時,石粉也需要加工來改善粒形和級配從而提高性能。經過這些處理後的石粉,稱之為機製砂。作為混凝土和砂漿的骨料,機製砂或許是比河砂和石粉更好的替代品。但是,需要指出的是,適合砂漿的機製砂與適合混凝土的機製砂是不同的,因此開展一些研究以確定它們的要求是有需要的。對於其他可能的河砂替代品,爐底灰和高爐礦渣並不是可行的方案,而廢玻璃骨料則有很大的潛力。
iii
一項分別使用河砂、石粉和機製砂作為砂漿骨料來進行抹灰工程的現場試驗已經完成。試驗結果顯示,用微細粉含量2.5%的機製砂作為骨料的砂漿適合牆面和樓底的抹灰工程。除了因為存在粒徑大於2.36 毫米的顆粒而導致抹平時有一定的困難外,機製砂似乎比微細粉含量0.6%的河砂更易於使用。另一方面,微細粉含量8.6%同時需水量相對較高的石粉明顯不適合作為砂漿用細骨料用於抹灰工程。
通過以上的研究和關國雄教授的分析,確定了以下幾個可能的河砂替代品:(1) 機製砂;(2) 廢玻璃骨料;以及(3) 再生骨料。作為河砂的仿製品,機製砂已在市面上可以買到。但是,機製砂最佳的微細粉含量尚未清楚,而且是否需要將材料按不同的規格要求進行加工和分類從而適應不同應用也尚無定論。因此,關於確定機製砂的不同性質要求以適合不同應用的深入研究是需要的,也希望這些研究可以推動機製砂相關規範的發展。對於廢玻璃骨料,每年香港都有大約12萬噸廢玻璃產生,但當中只有很少一部份回收再用。理論上,將玻璃粉碎至砂粒大小並作為砂漿用骨料使用是可能的。所需要做的,是進行產品試製和試應用來評估這種可能的河砂替代品的可行性。由於生產成本較高,政府需要給回收產業更多的支持。對於再生骨料,可以設想,機製砂相關的生產工藝也應該適合再生骨料,從而可以除去再生骨料顆粒表面上的硬化水泥漿以及降低再生骨料的微細粉含量到一個可接受的水準。雖然這只是設想,但相信有嘗試的價值。
最後,對於整個研究的第二階段,建議如下幾個任務(按優先級別從高到低排列):
任務1: 研究起草一部適用於砂漿骨料的建築標準。
任務2: 研究微細粉含量對混凝土的影響,從而確定最優的和容許的微細粉含量。
任務3: 機製砂的規範和分類。
任務4: 砂漿中作骨料用廢玻璃骨料的研究。
任務5: 砂漿中作骨料用再生骨料的研究。

目錄
頁碼
1. 背景 1
2. 研究目標簡述1
3. 河砂以及河砂替代品概述1
4. 現行標準綜述3
5. 訪問持份者7
6. 關於使用河砂、石粉和機製砂於抹灰工程的現場試驗9
7. 潛在的河砂替代品11
7.1 混凝土用河砂替代品 11
7.2 砂漿用河砂替代品 12
7.3 機製砂 13
7.4 廢玻璃骨料 13
7.5 再生骨料 14
7.6 爐底灰 14
7.7 高爐礦渣 15
8. 未來展望 – 對第二階段研究的建議15
8.1 優先級 1 – 砂漿用骨料建築標準 15
8.2 優先級 2 – 微細粉含量對混凝土影響性研究 16
8.3 優先級 3 – 機製砂的規範和分類 17
8.4 優先級 4 – 砂漿中作骨料用廢玻璃骨料的研究 17
8.5 優先級 5 – 砂漿中作骨料用再生骨料的研究 18
附錄 A 對混凝土和砂漿用骨料現行標準的文獻綜述19–35
附錄 B 就潛在河砂替代品的問題,對供應商、生產商、36–48
用家和政府官員的訪問


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xinli_zhao
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