淺談機(jī)制砂的發(fā)展及在高性能混凝土中的應(yīng)用研究

陳文艷

（福建省晉江市建設(shè)工程行政執(zhí)法大隊(duì)，福建 晉江362200）

1 前言

“十一五”期間，預(yù)拌混凝土發(fā)展迅速，2010年年產(chǎn)量超過了10 億立方米。2011年作為“十二五”的開局之年，水泥年產(chǎn)量也突破了20 億噸大關(guān)?；炷良捌渌嘀破沸袠I(yè)經(jīng)濟(jì)總量也連續(xù)4年穩(wěn)居建材工業(yè)第二位，年均增長(zhǎng)水平超過30%以上，成為拉動(dòng)建材工業(yè)增長(zhǎng)的第一大行業(yè)。而我國(guó)也已成為當(dāng)今世界生產(chǎn)使用預(yù)拌混凝土及水泥制品最多的國(guó)家，不僅滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的需要，而且還銷往國(guó)外及港澳臺(tái)地區(qū)，廣泛應(yīng)用于建筑、水利、能源、交通、港口、通訊等工程建設(shè)，成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可缺少的重要建材產(chǎn)品。

2 機(jī)制砂的發(fā)展背景及現(xiàn)狀

伴隨著預(yù)拌混凝土與水泥制品的大幅增長(zhǎng)，砂石用量也急劇上升。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明平均每噸水泥消耗5 噸甚至更多的砂石骨料。這些消耗就使我國(guó)砂石年產(chǎn)量由改革開放初期的3 億噸達(dá)到了如今的70 多億噸。但砂石是地域性很強(qiáng)的地方資源，有些地區(qū)資源豐富，而有些地區(qū)資源很少或沒有資源，因此，我國(guó)建設(shè)的快速發(fā)展使砂石面臨枯竭的問題，這也是世界各國(guó)面臨的問題。

這些問題的出現(xiàn)，一方面增加了砂石的使用成本，因?yàn)橘Y源減少，導(dǎo)致砂石產(chǎn)地與使用地的距離不斷加大，運(yùn)輸距離增加，從而增加了成本；另一方面一些性能要求高的建筑質(zhì)量得不到保證，因?yàn)樘烊簧笆Y源減少，也使產(chǎn)品品質(zhì)下降，不能滿足高性能混凝土的生產(chǎn)要求，進(jìn)而使建筑質(zhì)量無(wú)法保證。此外，由于遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸，大量的超載超重運(yùn)輸工具造成交通壓力，不僅加重了大氣污染，而且重大交通事故也時(shí)有發(fā)生。因此，針對(duì)天然砂的使用難題，自20世紀(jì)60年代，在一些天然砂資源缺乏或品質(zhì)下降的省市開展了機(jī)制砂的開發(fā)與研究應(yīng)用，也建立了機(jī)制砂的生產(chǎn)線。1973年國(guó)家建委在貴州省召開了機(jī)制砂在混凝土中應(yīng)用的論證會(huì)，通過建材業(yè)和建筑業(yè)的經(jīng)驗(yàn)交流，肯定了研究成果，機(jī)制砂的應(yīng)用范圍得以擴(kuò)大。90年代以來(lái)，北京、天津、上海、重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西、四川、江蘇等省市相繼開展了機(jī)制砂的使用研究，先后建立了少量的專業(yè)機(jī)制砂生產(chǎn)線。但是，由于當(dāng)時(shí)缺少有關(guān)機(jī)制砂的標(biāo)準(zhǔn)頒布實(shí)施，工程使用存在諸多的限制和阻力，阻礙了機(jī)制砂發(fā)展前行的步伐。自GB/T14684-2001 《建筑用砂》標(biāo)準(zhǔn)中加入了機(jī)制砂的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)并正式實(shí)施后，為機(jī)制砂的生產(chǎn)和應(yīng)用提供了理論依據(jù)，近些年，機(jī)制砂得到了快速發(fā)展。

此外，有些地區(qū)與河流，為了保持自然景觀、保護(hù)江堤河壩、保護(hù)生態(tài)平衡，規(guī)定嚴(yán)禁開采。因此天然砂的數(shù)量和質(zhì)量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了今后國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及其他建設(shè)的需要。2007年3月國(guó)家禁止天然砂出口，并對(duì)港、澳、臺(tái)出口實(shí)行許可證管理政策，用機(jī)制砂取代天然砂出口已成為一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

福建地區(qū)天然砂資源豐富，大量出口到臺(tái)灣、日本、韓國(guó)、新加坡，到2007年時(shí)，福建省每年的出口量達(dá)到了近3000萬(wàn)噸，約占全國(guó)出口總量的60%。并且隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，當(dāng)?shù)亟ㄖ挠蒙傲恳彩侵鹉暝黾?，每年達(dá)到5000 多萬(wàn)噸，如此大量的開采，再豐富的資源也有枯竭的時(shí)候。1997年福建省政府針對(duì)天然砂資源減少的情況作出了反應(yīng)，發(fā)布了《福建省人民政府關(guān)于禁止在閩江下游北港河道采砂的通告》，經(jīng)過二十多年，福建已發(fā)展了30 多個(gè)專業(yè)機(jī)制砂生產(chǎn)場(chǎng)，年生產(chǎn)能力達(dá)600 多萬(wàn)噸，年出口量約400 多萬(wàn)噸。

長(zhǎng)江中粗粒徑的砂子是優(yōu)良的建筑材料，富集在湖北、江西、安徽、江蘇四省長(zhǎng)江河道范圍內(nèi)。20世紀(jì)90年代，隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的快速發(fā)展，建筑用砂需求量大增，砂價(jià)飛漲。在暴利的驅(qū)使下，大大小小采砂船蜂擁而至，濫采亂挖現(xiàn)象日益嚴(yán)重。為了扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)江河道采砂的混亂局面，確保防洪、航運(yùn)的安全，江蘇省于1996年10月8日率先決定，禁止在全省境內(nèi)長(zhǎng)江河道內(nèi)的一切采砂活動(dòng)，禁期兩年。1998年江蘇省又決定“繼續(xù)禁止全省境內(nèi)長(zhǎng)江采砂活動(dòng)”至今。此后，采砂船大量擁到上游安徽省、江西省、湖北省境內(nèi)江段進(jìn)行采砂。2000年10月安徽省宣布在安徽省長(zhǎng)江水域?qū)嵭薪蓛赡?；隨后，湖北省和江西省分別于2001年1月和2月也相繼發(fā)布了禁采通告，至此，長(zhǎng)江中下游1800 余公里河段實(shí)行了全線禁采江砂。國(guó)務(wù)院也于2001年10月通過、2002年1月1日實(shí)施了《長(zhǎng)江河道采砂管理?xiàng)l例》，距今已有十年，取得了一些成效，但由于供需矛盾突出、法規(guī)建設(shè)滯后等難題的存在仍有很多問題需要解決。

2010年5月，寧波海域全面叫停海砂開采，2011年9月底，舟山市海域也全面禁止開采海砂。由于寧波市建設(shè)用砂量的80%以上都是使用舟山海砂，因此全面禁砂后寧波建筑市場(chǎng)用砂緊張。為緩解用砂緊張局面，利用寧波市機(jī)制砂資源總量4000 多億立方米、絕大部分具備生產(chǎn)機(jī)制砂能力的優(yōu)勢(shì)，全市加快發(fā)展機(jī)制砂，力爭(zhēng)到2013年，全市機(jī)制砂生產(chǎn)能力在3000 萬(wàn)噸左右，基本滿足寧波市各類建設(shè)需要。

浙江的湖州地區(qū)已成為上海主要的砂石骨料的供應(yīng)基地。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)共有砂石生產(chǎn)企業(yè)200 多家，總產(chǎn)量在5000 萬(wàn)噸以上，其中，年產(chǎn)200 噸以上的企業(yè)已有十幾家，最大達(dá)500 萬(wàn)噸。

3 發(fā)展機(jī)制砂帶來(lái)的影響

機(jī)制砂的快速發(fā)展，帶動(dòng)了破碎機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展。隨著國(guó)家對(duì)交通、水利、住房投入的持續(xù)增長(zhǎng)，機(jī)制砂也面臨著很好的發(fā)展機(jī)遇。為適應(yīng)混凝土的發(fā)展，機(jī)制砂也需要有良好的質(zhì)量，這就需要優(yōu)化生產(chǎn)工藝，淘汰落后，對(duì)生產(chǎn)機(jī)械提出了更高的要求，促進(jìn)了破碎機(jī)行業(yè)的進(jìn)步。

機(jī)制砂充分利用廢棄尾礦或廢石，既充分利用資源，解決了砂子不足的難題，又處理了大量尾礦、卵石，減少了環(huán)境污染、清理了河道，符合國(guó)家節(jié)能減排政策，同時(shí)又增加了經(jīng)濟(jì)效益。

4 機(jī)制砂的使用狀況及存在問題

與天然砂相比，機(jī)制砂具有材質(zhì)優(yōu)良、成分均一穩(wěn)定、級(jí)配良好、清潔無(wú)泥、無(wú)有害雜質(zhì)的特點(diǎn)，并且細(xì)度模數(shù)可以人為地通過生產(chǎn)工藝控制，按用戶要求組織生產(chǎn)。在已有的工程實(shí)踐中，用機(jī)制砂已配制出了從C10～C100 的普通混凝土和泵送混凝土，強(qiáng)度C100 的機(jī)制砂混凝土90d 實(shí)際強(qiáng)度達(dá)到155MPa。

機(jī)制砂在水利、水電工程中的應(yīng)用最為成熟，因?yàn)檫@些工程要求相對(duì)較高，機(jī)制砂多自產(chǎn)自用，為大中型生產(chǎn)線。如三峽大壩二期、三期工程中全部采用花崗巖機(jī)制砂做細(xì)骨料；龍灘水電站采用石灰?guī)r機(jī)制砂細(xì)骨料，等等。此外，核電站工程也使用機(jī)制砂配制混凝土，因?yàn)榭紤]到核電站混凝土用量大，施工期長(zhǎng)，河砂的細(xì)度模數(shù)和含泥量不能保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定，而機(jī)制砂可以保持長(zhǎng)期的穩(wěn)定，可以控制，有利于混凝土質(zhì)量的控制。一般的市政及工業(yè)、民用工程較少使用，處于起步階段。2008年貴州頒布了地方標(biāo)準(zhǔn)——《貴州省高速公路機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土技術(shù)規(guī)程》（DBJ 52-55-2008），促進(jìn)了機(jī)制砂在交通工程中的廣泛應(yīng)用。

盡管機(jī)制砂在使用中有較好的效果，但是也存在一些問題。

（1）雖然近些年，機(jī)制砂行業(yè)已取得了快速發(fā)展，但是機(jī)制砂所占市場(chǎng)份額相對(duì)較小。因?yàn)閭鹘y(tǒng)觀念的存在影響了機(jī)制砂的開發(fā)應(yīng)用，限制了機(jī)制砂的推廣使用。機(jī)制砂的應(yīng)用在質(zhì)量和數(shù)量上替代天然砂的比例還有待提高。

（2）機(jī)制砂的石粉含量也是影響機(jī)制砂推廣使用的一個(gè)原因，對(duì)石粉在機(jī)制砂中所起的作用沒有充分認(rèn)識(shí)。

（3）機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝有待提高，現(xiàn)如今的生產(chǎn)方式會(huì)產(chǎn)生粉塵和噪聲污染。

（4）行業(yè)準(zhǔn)入門檻低，不具規(guī)模的小企業(yè)較多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，行業(yè)集中度不高。行業(yè)布局不甚合理，使機(jī)制砂的使用處于被動(dòng)狀態(tài)。

（5）機(jī)制砂主要應(yīng)用于普通混凝土中，在高性能混凝土中應(yīng)用較少。

5 機(jī)制砂在高性能混凝土中的應(yīng)用研究

舒?zhèn)髦t最早開始山砂高強(qiáng)混凝土的研究，采用貴州山砂配制出強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C50～C80 的高強(qiáng)混凝土，并較為系統(tǒng)的研究了山砂高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度、彈性模量、收縮、徐變和耐久性能。楊玉輝等用石粉含量3.5%的石灰?guī)r機(jī)制砂為細(xì)骨料配制出了C80 泵送混凝土，結(jié)果表面石粉含量在7%含量情況下，C80機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度和工作性均達(dá)到最佳。李章建等采用云南昆明地方性低品質(zhì)細(xì)骨料——機(jī)制砂和特細(xì)山砂配制出了C80 高強(qiáng)混凝土，3d 強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的71%，7d 強(qiáng)度達(dá)到了設(shè)計(jì)強(qiáng)度的107%，28d 抗壓強(qiáng)度均在100MPa 以上，也完全滿足了C80 混凝土的強(qiáng)度要求。軸壓強(qiáng)度、彈性模量、抗折強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度、收縮等各項(xiàng)性能均表現(xiàn)良好，此研究成果還成功地應(yīng)用在了昆明時(shí)代廣場(chǎng)（富邦商廈）工程中。該工程共使用C80 高強(qiáng)混凝土8000 多方，投入使用兩年，在C80 混凝土所澆筑的豎向和水平結(jié)果沒有發(fā)現(xiàn)任何開裂現(xiàn)象。江京平等采用細(xì)度模數(shù)為2.9～3.4 的機(jī)制砂，利用常規(guī)材料和通用工藝成功地研制成了工作性良好，28d 抗壓強(qiáng)度在100MPa 以上的機(jī)制砂高性能混凝土。上海最高的建筑經(jīng)貿(mào)大廈使用的就是機(jī)制砂混凝土。

為克服機(jī)制砂顆粒棱角分明、粗糙度大的缺陷，劉娟紅等采用天然細(xì)砂與機(jī)制砂混摻配制高性能混凝土，并對(duì)其抗?jié)B性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子滲透等性能進(jìn)行了研究，結(jié)果表明機(jī)制砂與水泥漿體界面的結(jié)合良好，機(jī)制砂中的石粉填充了混凝土中的孔隙，提高了混凝土的密實(shí)度，其各項(xiàng)性能均優(yōu)于中砂混凝土。

石粉含量是影響機(jī)制砂在高強(qiáng)高性能混凝土中應(yīng)用的一大因素，而且機(jī)制砂顆粒粗糙、細(xì)度模數(shù)大影響了混凝土的工作性，限制了機(jī)制砂在高性能混凝土中的應(yīng)用，還需要進(jìn)行深入研究。

6 總結(jié)

機(jī)制砂已開始在我國(guó)大面積使用，但是一般用于C10～C50的中低強(qiáng)混凝土中，在高強(qiáng)高性能混凝土中的應(yīng)用研究也在不斷進(jìn)行，但是實(shí)際工程應(yīng)用還較少，為順應(yīng)建設(shè)工程的發(fā)展方向，滿足工程質(zhì)量日益提高的需求，結(jié)合天然砂資源逐漸減少的情況，應(yīng)加大機(jī)制砂在高強(qiáng)高性能混凝土中應(yīng)用的研究工作，使機(jī)制砂得到更好的發(fā)展和應(yīng)用。

因此，機(jī)制砂行業(yè)面臨著良好的發(fā)展機(jī)遇，有很大的市場(chǎng)前景，國(guó)家也對(duì)機(jī)制砂的使用給予了優(yōu)惠政策。相關(guān)部門應(yīng)采取措施加大機(jī)制砂的使用比例，加快制定產(chǎn)業(yè)化發(fā)展規(guī)劃，從稅收等各方面政策上扶持機(jī)制砂的生產(chǎn)和使用，加強(qiáng)對(duì)外交流與合作，不斷學(xué)習(xí)和掌握先進(jìn)的技術(shù)、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓機(jī)制砂得到更好的發(fā)展。

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