浅谈机制砂的发展及在高性能混凝土中的应用研究

陈文艳

（福建省晋江市建设工程行政执法大队，福建 晋江362200）

1 前言

“十一五”期间，预拌混凝土发展迅速，2010年年产量超过了10 亿立方米。2011年作为“十二五”的开局之年，水泥年产量也突破了20 亿吨大关。混凝土及其水泥制品行业经济总量也连续4年稳居建材工业第二位，年均增长水平超过30%以上，成为拉动建材工业增长的第一大行业。而我国也已成为当今世界生产使用预拌混凝土及水泥制品最多的国家，不仅满足了国民经济快速发展的需要，而且还销往国外及港澳台地区，广泛应用于建筑、水利、能源、交通、港口、通讯等工程建设，成为国民经济建设中不可缺少的重要建材产品。

2 机制砂的发展背景及现状

伴随着预拌混凝土与水泥制品的大幅增长，砂石用量也急剧上升。经验数据表明平均每吨水泥消耗5 吨甚至更多的砂石骨料。这些消耗就使我国砂石年产量由改革开放初期的3 亿吨达到了如今的70 多亿吨。但砂石是地域性很强的地方资源，有些地区资源丰富，而有些地区资源很少或没有资源，因此，我国建设的快速发展使砂石面临枯竭的问题，这也是世界各国面临的问题。

这些问题的出现，一方面增加了砂石的使用成本，因为资源减少，导致砂石产地与使用地的距离不断加大，运输距离增加，从而增加了成本；另一方面一些性能要求高的建筑质量得不到保证，因为天然砂石资源减少，也使产品品质下降，不能满足高性能混凝土的生产要求，进而使建筑质量无法保证。此外，由于远距离的运输，大量的超载超重运输工具造成交通压力，不仅加重了大气污染，而且重大交通事故也时有发生。因此，针对天然砂的使用难题，自20世纪60年代，在一些天然砂资源缺乏或品质下降的省市开展了机制砂的开发与研究应用，也建立了机制砂的生产线。1973年国家建委在贵州省召开了机制砂在混凝土中应用的论证会，通过建材业和建筑业的经验交流，肯定了研究成果，机制砂的应用范围得以扩大。90年代以来，北京、天津、上海、重庆、广东、福建、浙江、河北、山西、四川、江苏等省市相继开展了机制砂的使用研究，先后建立了少量的专业机制砂生产线。但是，由于当时缺少有关机制砂的标准颁布实施，工程使用存在诸多的限制和阻力，阻碍了机制砂发展前行的步伐。自GB/T14684-2001 《建筑用砂》标准中加入了机制砂的产品标准并正式实施后，为机制砂的生产和应用提供了理论依据，近些年，机制砂得到了快速发展。

此外，有些地区与河流，为了保持自然景观、保护江堤河坝、保护生态平衡，规定严禁开采。因此天然砂的数量和质量都远远满足不了今后国家基础设施建设及其他建设的需要。2007年3月国家禁止天然砂出口，并对港、澳、台出口实行许可证管理政策，用机制砂取代天然砂出口已成为一个发展趋势。

福建地区天然砂资源丰富，大量出口到台湾、日本、韩国、新加坡，到2007年时，福建省每年的出口量达到了近3000万吨，约占全国出口总量的60%。并且随着经济的快速发展，当地建筑的用砂量也是逐年增加，每年达到5000 多万吨，如此大量的开采，再丰富的资源也有枯竭的时候。1997年福建省政府针对天然砂资源减少的情况作出了反应，发布了《福建省人民政府关于禁止在闽江下游北港河道采砂的通告》，经过二十多年，福建已发展了30 多个专业机制砂生产场，年生产能力达600 多万吨，年出口量约400 多万吨。

长江中粗粒径的砂子是优良的建筑材料，富集在湖北、江西、安徽、江苏四省长江河道范围内。20世纪90年代，随着长江经济带建设的快速发展，建筑用砂需求量大增，砂价飞涨。在暴利的驱使下，大大小小采砂船蜂拥而至，滥采乱挖现象日益严重。为了扭转长江河道采砂的混乱局面，确保防洪、航运的安全，江苏省于1996年10月8日率先决定，禁止在全省境内长江河道内的一切采砂活动，禁期两年。1998年江苏省又决定“继续禁止全省境内长江采砂活动”至今。此后，采砂船大量拥到上游安徽省、江西省、湖北省境内江段进行采砂。2000年10月安徽省宣布在安徽省长江水域实行禁采两年；随后，湖北省和江西省分别于2001年1月和2月也相继发布了禁采通告，至此，长江中下游1800 余公里河段实行了全线禁采江砂。国务院也于2001年10月通过、2002年1月1日实施了《长江河道采砂管理条例》，距今已有十年，取得了一些成效，但由于供需矛盾突出、法规建设滞后等难题的存在仍有很多问题需要解决。

2010年5月，宁波海域全面叫停海砂开采，2011年9月底，舟山市海域也全面禁止开采海砂。由于宁波市建设用砂量的80%以上都是使用舟山海砂，因此全面禁砂后宁波建筑市场用砂紧张。为缓解用砂紧张局面，利用宁波市机制砂资源总量4000 多亿立方米、绝大部分具备生产机制砂能力的优势，全市加快发展机制砂，力争到2013年，全市机制砂生产能力在3000 万吨左右，基本满足宁波市各类建设需要。

浙江的湖州地区已成为上海主要的砂石骨料的供应基地。据不完全统计，该地区共有砂石生产企业200 多家，总产量在5000 万吨以上，其中，年产200 吨以上的企业已有十几家，最大达500 万吨。

3 发展机制砂带来的影响

机制砂的快速发展，带动了破碎机市场的发展。随着国家对交通、水利、住房投入的持续增长，机制砂也面临着很好的发展机遇。为适应混凝土的发展，机制砂也需要有良好的质量，这就需要优化生产工艺，淘汰落后，对生产机械提出了更高的要求，促进了破碎机行业的进步。

机制砂充分利用废弃尾矿或废石，既充分利用资源，解决了砂子不足的难题，又处理了大量尾矿、卵石，减少了环境污染、清理了河道，符合国家节能减排政策，同时又增加了经济效益。

4 机制砂的使用状况及存在问题

与天然砂相比，机制砂具有材质优良、成分均一稳定、级配良好、清洁无泥、无有害杂质的特点，并且细度模数可以人为地通过生产工艺控制，按用户要求组织生产。在已有的工程实践中，用机制砂已配制出了从C10～C100 的普通混凝土和泵送混凝土，强度C100 的机制砂混凝土90d 实际强度达到155MPa。

机制砂在水利、水电工程中的应用最为成熟，因为这些工程要求相对较高，机制砂多自产自用，为大中型生产线。如三峡大坝二期、三期工程中全部采用花岗岩机制砂做细骨料；龙滩水电站采用石灰岩机制砂细骨料，等等。此外，核电站工程也使用机制砂配制混凝土，因为考虑到核电站混凝土用量大，施工期长，河砂的细度模数和含泥量不能保持长期的稳定，而机制砂可以保持长期的稳定，可以控制，有利于混凝土质量的控制。一般的市政及工业、民用工程较少使用，处于起步阶段。2008年贵州颁布了地方标准——《贵州省高速公路机制砂高强混凝土技术规程》（DBJ 52-55-2008），促进了机制砂在交通工程中的广泛应用。

尽管机制砂在使用中有较好的效果，但是也存在一些问题。

（1）虽然近些年，机制砂行业已取得了快速发展，但是机制砂所占市场份额相对较小。因为传统观念的存在影响了机制砂的开发应用，限制了机制砂的推广使用。机制砂的应用在质量和数量上替代天然砂的比例还有待提高。

（2）机制砂的石粉含量也是影响机制砂推广使用的一个原因，对石粉在机制砂中所起的作用没有充分认识。

（3）机制砂的生产工艺有待提高，现如今的生产方式会产生粉尘和噪声污染。

（4）行业准入门槛低，不具规模的小企业较多，产品质量参差不齐，行业集中度不高。行业布局不甚合理，使机制砂的使用处于被动状态。

（5）机制砂主要应用于普通混凝土中，在高性能混凝土中应用较少。

5 机制砂在高性能混凝土中的应用研究

舒传谦最早开始山砂高强混凝土的研究，采用贵州山砂配制出强度等级达到C50～C80 的高强混凝土，并较为系统的研究了山砂高强混凝土的强度、弹性模量、收缩、徐变和耐久性能。杨玉辉等用石粉含量3.5%的石灰岩机制砂为细骨料配制出了C80 泵送混凝土，结果表面石粉含量在7%含量情况下，C80机制砂混凝土强度和工作性均达到最佳。李章建等采用云南昆明地方性低品质细骨料——机制砂和特细山砂配制出了C80 高强混凝土，3d 强度达到了设计强度的71%，7d 强度达到了设计强度的107%，28d 抗压强度均在100MPa 以上，也完全满足了C80 混凝土的强度要求。轴压强度、弹性模量、抗折强度、劈拉强度、收缩等各项性能均表现良好，此研究成果还成功地应用在了昆明时代广场（富邦商厦）工程中。该工程共使用C80 高强混凝土8000 多方，投入使用两年，在C80 混凝土所浇筑的竖向和水平结果没有发现任何开裂现象。江京平等采用细度模数为2.9～3.4 的机制砂，利用常规材料和通用工艺成功地研制成了工作性良好，28d 抗压强度在100MPa 以上的机制砂高性能混凝土。上海最高的建筑经贸大厦使用的就是机制砂混凝土。

为克服机制砂颗粒棱角分明、粗糙度大的缺陷，刘娟红等采用天然细砂与机制砂混掺配制高性能混凝土，并对其抗渗性、抗冻性、抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子渗透等性能进行了研究，结果表明机制砂与水泥浆体界面的结合良好，机制砂中的石粉填充了混凝土中的孔隙，提高了混凝土的密实度，其各项性能均优于中砂混凝土。

石粉含量是影响机制砂在高强高性能混凝土中应用的一大因素，而且机制砂颗粒粗糙、细度模数大影响了混凝土的工作性，限制了机制砂在高性能混凝土中的应用，还需要进行深入研究。

6 总结

机制砂已开始在我国大面积使用，但是一般用于C10～C50的中低强混凝土中，在高强高性能混凝土中的应用研究也在不断进行，但是实际工程应用还较少，为顺应建设工程的发展方向，满足工程质量日益提高的需求，结合天然砂资源逐渐减少的情况，应加大机制砂在高强高性能混凝土中应用的研究工作，使机制砂得到更好的发展和应用。

因此，机制砂行业面临着良好的发展机遇，有很大的市场前景，国家也对机制砂的使用给予了优惠政策。相关部门应采取措施加大机制砂的使用比例，加快制定产业化发展规划，从税收等各方面政策上扶持机制砂的生产和使用，加强对外交流与合作，不断学习和掌握先进的技术、知识和经验，让机制砂得到更好的发展。

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