機制砂的現狀、發展趨勢與技術要求！
作者：宋笑，北京砼享未來工程技術研究院核心專家，教授級高工。從事混凝土行業技術工作30余年，歷任中建五局三新科技開發公司、長沙中煌混凝土有限公司、南方新材料科技有限公司等大型混凝土企業管理和技術等重要崗位負責人，有豐富的混凝土企業管理和實踐經驗。
本文就天然砂石資源缺乏和全面禁采，給機制砂的發展帶來了機遇和發展前景進行了闡述，同時提出了因對機制砂的產品質量認識不足，將給工程帶來嚴重質量隱患。從機制砂的定義、物理、工藝、化學等技術要求，提出機制砂的本質技術要求。
1 現狀
2017 年環保督查整頓之前，得益于湘資沅澧及洞庭湖“四水一湖”水系，湖南省大部分地區，如長株潭、衡陽、益陽、岳陽、常德等地市基本上依賴天然砂石資源進行基本建設，人工制造砂石行業很薄弱。
1.1 現狀大致如下：
1.1.1 至2017 年上半年，長株潭區域機制砂使用量占總用砂量不足10%，從2017 年下半年天然砂石全面禁采，機制砂石得到極速推廣使用，至2018 年年中，長株潭機制砂的使用量占總用砂量的80%以上。
1.1.2 從天然砂轉機制砂，目前還處于青黃不接階段。在天然砂石“禁采”和機制砂石“量產”之間存在一個斷檔，這個斷檔的時間段可能1-2 年，也可能3-5 年。
1.1.3 質量參差不齊，多數產品不合格。在這個斷檔期間的機制砂，大多不是正規制砂機生產出來的產品，而是將石子稍微細碎篩分得到的砂狀顆?；旌衔铮ㄆ渲?—10mm 粒徑占比高達30%），有些甚至就是加工碎石后的副產品——石屑粉，姑且稱之為“畸形機制砂”。這種畸形機制砂其顆粒分布呈“兩頭多中間少”、級配斷檔、片型顆粒形狀多、石粉多，配制的混凝土和易性差、可泵性差、坍落度損失快、容易堵管、混凝土容易開裂、混凝土勻質性差等，引起用慣了天然砂的廣大混凝土技術人員的反感。
1.1.4 價格看漲。天然砂石禁采，大量礦山關停，在產礦山上規模制砂生產線的不多，導致貨源緊張價格瘋漲。
1.1.5 綠色砂石礦山建設處于起步階段。
1.2 造成這種現狀的原因大致有以下幾點：
1.2.1 湖南省大多數的砂石礦山企業都是小規模企業，手中礦石資源儲量有限，采礦權證的有效期限大多只有3 年，大家都在觀望政府關于綠色礦山建設的政策和驗收標準的出臺，擔心投資過后，礦山被關停，投資打水漂。
1.2.2 政府核發的權證期限過短，一般只有1-3 年，開采儲量過少，礦山企業沒法進行規模投資，沒法進行綠色環保長期規劃，先進裝備優良工藝沒法落到實處，合理的制砂工序應根據母巖的巖性及解理面等特征，至少經過除土、粗碎、細碎、超細碎、整形、篩分、加濕、除塵等工序，而目前大多只是采用簡單的破碎、篩分等工序就上馬生產，產品大多為兩頭多中間少、級配斷檔、不規則顆粒多的畸形機制砂。而且生產環境和使用環境臟亂差，礦山制砂場地（車間）和攪拌站堆場塵土飛揚（干法生產）、污水橫流（濕法生產）。
1.2.3 使用方迫于貨源緊張和成本壓力等影響，接受次品機制砂進行混凝土生產，導致次品機制砂也有很大市場。
2 機制砂的定義
2.1 《建設用砂》(GB/T14684)定義：經除土處理，由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm 的巖石、礦山尾礦或工業廢渣顆粒，但不包括軟質、風化的顆粒，俗稱人工砂。
2.2 《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》（JGJ52）定義（人工砂）：巖石經除土開采、機械破碎、篩分而成的，公稱粒徑小于5.00mm 的巖石顆粒。
2.3 新定義（湖南省地標《預拌混凝土用機制砂》）：經除土、沖擊整形細碎、沖擊超細碎、分級、粉控、綠色生產等聯合工藝制成的，粒徑小于4.75mm，達到中砂級配品質要求，含水率控制在5%以內的天然未風化、化學性能相對穩定、達到一定力學性能指標的巖石顆粒?？伤追Q人工砂、碎砂。兩大標準對機制砂的定義比較寬泛，容易導致這種畸形機制砂混入機制砂產品行列，給機制砂的發展帶來影響。新的定義從工藝、品質等方面進行了規定，更全面、更科學。
3 雜燴砂
3.1 雜燴砂的定義
自2017 年下半年河砂禁采以來，湖南砂石市場價格瘋漲，經常有價無貨，且質量殘差不齊。鑒于目前混亂的砂品種市場，為便于闡述，先給出2 個定義：混合砂與雜燴砂。
由天然砂與人工砂按一定比例混合而成的砂叫混合砂（JGJ52 定義）。
由2 種及2 種以上具有砂顆粒形狀的物質混合而成的砂叫雜燴砂（自定義）。
3.2 雜燴砂的由來
在當前天然砂石奇缺價高，正品機制砂石青黃不接的情況下，在缺砂區域（如長株潭等），大多數攪拌站在以“雜燴砂”的形式進行混凝土生產，而“雜燴砂”的組成則相當混亂，通常由能夠采購到的各種形態的砂狀物以注重節約成本的形式雜燴組成，通過這種大雜燴，混凝土成本僅砂這一項就可節約大量成本，有混凝土企業通過“雜燴砂”將混凝土成本最多降幅達到40 元/m3，因此“雜燴砂”的市場動力很大。
3.3“雜燴砂”的砂種包括：
①機制砂、②少量河砂（一般用于高等級混凝土）、③石屑粉（生產碎石副產品，顆粒分布呈兩頭多中間少，斷檔級配，片狀顆粒多）、④江砂（特細砂，細度模數最低0.5）、⑤水洗山砂、⑥海砂（大多沒有經過淡化處理，有人在河砂中摻入20-30%混合后偷偷出賣）、⑦風化砂（包括風化山砂和泥質板巖制砂等，堅固性很差，手搓即碎，需水量大、吸附性大）、⑧泥砂（含泥量高達20%）等，質量堪憂。
3.4 雜燴砂的危害
尤其嚴重的是攪拌站一般以多種砂雜燴使用，但受攪拌站砂石料斗數量的限制（一般4 個/生產線），“雜燴砂”沒法分別計量，攪拌站也沒有專門設備和場地將“雜燴砂”按固定比例混合均勻后再投料，給混凝土的勻質性帶來先天缺陷。而未經淡化處理的海砂、風化砂和泥砂就是埋在混凝土中的定時炸彈。去年以來，在本省因使用風化山砂、泥砂和石屑粉導致混凝土實體強度嚴重低于設計強度等級，及混凝土大面積開裂的事故就時有發生，混凝土短命事件預計經年后也會不斷出現。
最近有不少工地反映：C50 和C60 混凝土回彈值基本能高一個強度等級，而芯樣強度卻比設計低好幾個等級，為什么？這是因為混凝土表面漿體豐富，現在工地大多用鋁模，混凝土表面光滑、致密，加之碳化較快，所以混凝土表面硬度高，回彈值高。但若使用了堅固性差的風化砂，雖然漿體強度高，但骨架承受力不足，所以芯樣強度就上不來。
砂石是混凝土的骨架，不合格的砂石將給混凝土的質量帶來嚴重的安全隱患，這應引起行業和主管部門的高度重視。
4 機制砂的三大屬性：物理屬性、工藝屬性、化學屬性
4.1 物理屬性：包括所有常規物理性能指標，重點注意以下幾個指標：
4.1.1 機制砂的含泥量和石粉含量
國標和行標對天然砂規定含泥量，對機制砂的含泥量規定為石粉含量。而石粉里面既有與母巖同質的粉體，也有外帶進來的泥土。由于人們習慣將小于0.15mm（篩底以下）的成分稱為石粉，而標準中“石粉含量”是指小于0.075mm以下的成分，兩者相差一個數量級，口述中的石粉含量也往往高得離譜，因此建議將“石粉含量”改為“微石粉含量”更準確。
①機制砂中的含泥量應該由兩部分組成：
A、外帶的泥土，屬于外含泥；
B、母巖中的粘土礦物組成部分，屬于內含泥。如蒙脫石、伊利石、高嶺石等，這些都是由巖石長期風化而形成的粘土礦物，具有吸附性強、保水性高等特點。這些粘土礦物組成直接影響外加劑的適應性、混凝土用水量、拌合物的越攪越稠、坍落度的經時損失等。
②（微）石粉含量
國標和行標對石粉含量的限制值控制很低，兩個標準規定的限值不一致，與生產應用中石粉含量的實際情況也相差很大。若按標準限值來控制，則大多數機制砂要么只能采用濕法生產，通過水洗才能達到石粉限值要求；要么加大干法生產的風選功率，將大部分石粉選出來另做他用。如果這樣，既對環境保護不利，加大能耗，對資源也是一種浪費。其實，絕大多數石粉非泥，是泵送混凝土、自密實混凝土及貧混凝土的稠度調節劑，在混凝土中可以起到很好的填充作用，與膠凝材料粉體具有一定的疊加效應，使用得當可以降低部分膠凝材料用量。
4.1.2 需水量比
亞甲藍試驗對鈣質石粉敏感，硅質石粉不敏感，且試驗的復演性差，人為判斷因素多，誤差大。因此，在亞甲藍試驗基礎上增加一個需水量比試驗更準確。
按照GB/T2419 測定膠砂流動度，以兩者流動度達到130-140mm 的用水量之比確定需水量比（W1/W0）,需水量比不大于110%。需水量比試驗見表4.1.2。
4.1.3 機制砂的吸水性
機制砂由于經過機械破碎，顆粒中留有裂縫和孔隙，以及母巖中的粘土礦物和干法制砂形成的石粉等，對水都具有一定的吸附性，因此，有必要測定其吸水率，在配合比設計時采用飽和面干含水率更合適，可以避免混凝土拌合物越攪越稠以及流動性損失過快等問題。
4.1.4 機制砂與外加劑的適應性（流動度差使用）
按照GB/T2419 測定膠砂流動度，以相同用水量時兩者流動度達到之差（L2—L1）來表示，（L2—L1）≥—20mm。流動度差試驗見表4.1.4。
4.1.5 機制砂的堅固性
機制砂的堅固性要求比天然砂顯得更為重要。因為天然砂是經過許多年大浪淘沙留下來的精華，堅固性一般不會出現大的問題。而加工機制砂的母材品種眾多，如：母巖中有風化成分、巖石中可能含較多的粘土礦物、尾礦、固體廢料、建筑垃圾等，因此，有些機制砂的堅固性指標是不能滿足要求的，在對全省機制砂的走訪調查中發現多起機制砂堅固性不合格，用手就可以輕易搓碎，而用戶卻沒有足夠重視，導致混凝土出現質量事故的事件。而機制砂的堅固性指標直接關系到混凝土的力學性能和耐久性能。
4.1.6 復合細度模數
同一個細度模數的砂樣，其級配曲線可能完全不一樣，理想的砂各粒徑區間含量分布投影圖呈橄欖型，即“中間多兩頭少”。這樣容易填充密實，孔隙率小。細度模數概念太寬泛，不能準確表達級配狀態，所以，如果還要套用老的累計篩余級配曲線及細度模數的話，建議采用復合細度模數指標更合理。
復合細度模數定義：在國標細度模數基礎上，增加2.36mm 以上和0.15mm以下的含量指標限值，分三個等級，表示方法：μf(+2.36，-0.15)，μf 細度模數，取值2.3-3.7。如：2.8（12,6），表示細度模數2.8,其中2.36mm 以上顆粒含量低于12%，0.15mm 以下顆粒含量低于6%。通過對兩頭顆粒含量值的限定，避免了兩頭多中間少的畸形級配機制砂的出現。根據復合細度模數可以分三個等級：Ⅰ級2.8（12,6）；Ⅱ級2.8（18,8）；Ⅲ級2.8（22,10）。
4.1.7 母巖的放射性
母巖的放射性指標須在Ⅴ級極低危險源以內。
4.2 工藝屬性：
