淺談機制砂的發展及在高性能混凝土中的應用研究

陳文艷

（福建省晉江市建設工程行政執法大隊，福建 晉江362200）

1 前言

“十一五”期間，預拌混凝土發展迅速，2010年年產量超過了10 億立方米。2011年作為“十二五”的開局之年，水泥年產量也突破了20 億噸大關。混凝土及其水泥制品行業經濟總量也連續4年穩居建材工業第二位，年均增長水平超過30%以上，成為拉動建材工業增長的第一大行業。而我國也已成為當今世界生產使用預拌混凝土及水泥制品最多的國家，不僅滿足了國民經濟快速發展的需要，而且還銷往國外及港澳臺地區，廣泛應用于建筑、水利、能源、交通、港口、通訊等工程建設，成為國民經濟建設中不可缺少的重要建材產品。

2 機制砂的發展背景及現狀

伴隨著預拌混凝土與水泥制品的大幅增長，砂石用量也急劇上升。經驗數據表明平均每噸水泥消耗5 噸甚至更多的砂石骨料。這些消耗就使我國砂石年產量由改革開放初期的3 億噸達到了如今的70 多億噸。但砂石是地域性很強的地方資源，有些地區資源豐富，而有些地區資源很少或沒有資源，因此，我國建設的快速發展使砂石面臨枯竭的問題，這也是世界各國面臨的問題。

這些問題的出現，一方面增加了砂石的使用成本，因為資源減少，導致砂石產地與使用地的距離不斷加大，運輸距離增加，從而增加了成本；另一方面一些性能要求高的建筑質量得不到保證，因為天然砂石資源減少，也使產品品質下降，不能滿足高性能混凝土的生產要求，進而使建筑質量無法保證。此外，由于遠距離的運輸，大量的超載超重運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有發生。因此，針對天然砂的使用難題，自20世紀60年代，在一些天然砂資源缺乏或品質下降的省市開展了機制砂的開發與研究應用，也建立了機制砂的生產線。1973年國家建委在貴州省召開了機制砂在混凝土中應用的論證會，通過建材業和建筑業的經驗交流，肯定了研究成果，機制砂的應用范圍得以擴大。90年代以來，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制砂的使用研究，先后建立了少量的專業機制砂生產線。但是，由于當時缺少有關機制砂的標準頒布實施，工程使用存在諸多的限制和阻力，阻礙了機制砂發展前行的步伐。自GB/T14684-2001 《建筑用砂》標準中加入了機制砂的產品標準并正式實施后，為機制砂的生產和應用提供了理論依據，近些年，機制砂得到了快速發展。

此外，有些地區與河流，為了保持自然景觀、保護江堤河壩、保護生態平衡，規定嚴禁開采。因此天然砂的數量和質量都遠遠滿足不了今后國家基礎設施建設及其他建設的需要。2007年3月國家禁止天然砂出口，并對港、澳、臺出口實行許可證管理政策，用機制砂取代天然砂出口已成為一個發展趨勢。

福建地區天然砂資源豐富，大量出口到臺灣、日本、韓國、新加坡，到2007年時，福建省每年的出口量達到了近3000萬噸，約占全國出口總量的60%。并且隨著經濟的快速發展，當地建筑的用砂量也是逐年增加，每年達到5000 多萬噸，如此大量的開采，再豐富的資源也有枯竭的時候。1997年福建省政府針對天然砂資源減少的情況作出了反應，發布了《福建省人民政府關于禁止在閩江下游北港河道采砂的通告》，經過二十多年，福建已發展了30 多個專業機制砂生產場，年生產能力達600 多萬噸，年出口量約400 多萬噸。

長江中粗粒徑的砂子是優良的建筑材料，富集在湖北、江西、安徽、江蘇四省長江河道范圍內。20世紀90年代，隨著長江經濟帶建設的快速發展，建筑用砂需求量大增，砂價飛漲。在暴利的驅使下，大大小小采砂船蜂擁而至，濫采亂挖現象日益嚴重。為了扭轉長江河道采砂的混亂局面，確保防洪、航運的安全，江蘇省于1996年10月8日率先決定，禁止在全省境內長江河道內的一切采砂活動，禁期兩年。1998年江蘇省又決定“繼續禁止全省境內長江采砂活動”至今。此后，采砂船大量擁到上游安徽省、江西省、湖北省境內江段進行采砂。2000年10月安徽省宣布在安徽省長江水域實行禁采兩年；隨后，湖北省和江西省分別于2001年1月和2月也相繼發布了禁采通告，至此，長江中下游1800 余公里河段實行了全線禁采江砂。國務院也于2001年10月通過、2002年1月1日實施了《長江河道采砂管理條例》，距今已有十年，取得了一些成效，但由于供需矛盾突出、法規建設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用砂緊張。為緩解用砂緊張局面，利用寧波市機制砂資源總量4000 多億立方米、絕大部分具備生產機制砂能力的優勢，全市加快發展機制砂，力爭到2013年，全市機制砂生產能力在3000 萬噸左右，基本滿足寧波市各類建設需要。

浙江的湖州地區已成為上海主要的砂石骨料的供應基地。據不完全統計，該地區共有砂石生產企業200 多家，總產量在5000 萬噸以上，其中，年產200 噸以上的企業已有十幾家，最大達500 萬噸。

3 發展機制砂帶來的影響

機制砂的快速發展，帶動了破碎機市場的發展。隨著國家對交通、水利、住房投入的持續增長，機制砂也面臨著很好的發展機遇。為適應混凝土的發展，機制砂也需要有良好的質量，這就需要優化生產工藝，淘汰落后，對生產機械提出了更高的要求，促進了破碎機行業的進步。

機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，減少了環境污染、清理了河道，符合國家節能減排政策，同時又增加了經濟效益。

4 機制砂的使用狀況及存在問題

與天然砂相比，機制砂具有材質優良、成分均一穩定、級配良好、清潔無泥、無有害雜質的特點，并且細度模數可以人為地通過生產工藝控制，按用戶要求組織生產。在已有的工程實踐中，用機制砂已配制出了從C10～C100 的普通混凝土和泵送混凝土，強度C100 的機制砂混凝土90d 實際強度達到155MPa。

機制砂在水利、水電工程中的應用最為成熟，因為這些工程要求相對較高，機制砂多自產自用，為大中型生產線。如三峽大壩二期、三期工程中全部采用花崗巖機制砂做細骨料；龍灘水電站采用石灰巖機制砂細骨料，等等。此外，核電站工程也使用機制砂配制混凝土，因為考慮到核電站混凝土用量大，施工期長，河砂的細度模數和含泥量不能保持長期的穩定，而機制砂可以保持長期的穩定，可以控制，有利于混凝土質量的控制。一般的市政及工業、民用工程較少使用，處于起步階段。2008年貴州頒布了地方標準——《貴州省高速公路機制砂高強混凝土技術規程》（DBJ 52-55-2008），促進了機制砂在交通工程中的廣泛應用。

盡管機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，機制砂行業已取得了快速發展，但是機制砂所占市場份額相對較小。因為傳統觀念的存在影響了機制砂的開發應用，限制了機制砂的推廣使用。機制砂的應用在質量和數量上替代天然砂的比例還有待提高。

（2）機制砂的石粉含量也是影響機制砂推廣使用的一個原因，對石粉在機制砂中所起的作用沒有充分認識。

（3）機制砂的生產工藝有待提高，現如今的生產方式會產生粉塵和噪聲污染。

（4）行業準入門檻低，不具規模的小企業較多，產品質量參差不齊，行業集中度不高。行業布局不甚合理，使機制砂的使用處于被動狀態。

（5）機制砂主要應用于普通混凝土中，在高性能混凝土中應用較少。

5 機制砂在高性能混凝土中的應用研究

舒傳謙最早開始山砂高強混凝土的研究，采用貴州山砂配制出強度等級達到C50～C80 的高強混凝土，并較為系統的研究了山砂高強混凝土的強度、彈性模量、收縮、徐變和耐久性能。楊玉輝等用石粉含量3.5%的石灰巖機制砂為細骨料配制出了C80 泵送混凝土，結果表面石粉含量在7%含量情況下，C80機制砂混凝土強度和工作性均達到最佳。李章建等采用云南昆明地方性低品質細骨料——機制砂和特細山砂配制出了C80 高強混凝土，3d 強度達到了設計強度的71%，7d 強度達到了設計強度的107%，28d 抗壓強度均在100MPa 以上，也完全滿足了C80 混凝土的強度要求。軸壓強度、彈性模量、抗折強度、劈拉強度、收縮等各項性能均表現良好，此研究成果還成功地應用在了昆明時代廣場（富邦商廈）工程中。該工程共使用C80 高強混凝土8000 多方，投入使用兩年，在C80 混凝土所澆筑的豎向和水平結果沒有發現任何開裂現象。江京平等采用細度模數為2.9～3.4 的機制砂，利用常規材料和通用工藝成功地研制成了工作性良好，28d 抗壓強度在100MPa 以上的機制砂高性能混凝土。上海最高的建筑經貿大廈使用的就是機制砂混凝土。

為克服機制砂顆粒棱角分明、粗糙度大的缺陷，劉娟紅等采用天然細砂與機制砂混摻配制高性能混凝土，并對其抗滲性、抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕、抗氯離子滲透等性能進行了研究，結果表明機制砂與水泥漿體界面的結合良好，機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度，其各項性能均優于中砂混凝土。

石粉含量是影響機制砂在高強高性能混凝土中應用的一大因素，而且機制砂顆粒粗糙、細度模數大影響了混凝土的工作性，限制了機制砂在高性能混凝土中的應用，還需要進行深入研究。

6 總結

機制砂已開始在我國大面積使用，但是一般用于C10～C50的中低強混凝土中，在高強高性能混凝土中的應用研究也在不斷進行，但是實際工程應用還較少，為順應建設工程的發展方向，滿足工程質量日益提高的需求，結合天然砂資源逐漸減少的情況，應加大機制砂在高強高性能混凝土中應用的研究工作，使機制砂得到更好的發展和應用。

因此，機制砂行業面臨著良好的發展機遇，有很大的市場前景，國家也對機制砂的使用給予了優惠政策。相關部門應采取措施加大機制砂的使用比例，加快制定產業化發展規劃，從稅收等各方面政策上扶持機制砂的生產和使用，加強對外交流與合作，不斷學習和掌握先進的技術、知識和經驗，讓機制砂得到更好的發展。

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