重新認(rèn)識(shí)機(jī)制砂
2017年環(huán)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(qū)，如長(zhǎng)株潭、衡陽(yáng)、益陽(yáng)、岳陽(yáng)、常德等地市基本上依賴天然砂石資源進(jìn)行基本建設(shè)，人工制造砂石行業(yè)很薄弱。
從2017年下半年天然砂石全面禁采，機(jī)制砂石得到極速推廣使用。但是，在天然砂石“禁采”和機(jī)制砂石“量產(chǎn)”之間存在一個(gè)斷檔，這個(gè)斷檔的時(shí)間段可能1年，也可能2年，原因是湖南省大多數(shù)的砂石礦山企業(yè)都是小規(guī)模企業(yè)，手中礦石資源儲(chǔ)量有限，采礦權(quán)證的有效期限大多只有3年，大家都在觀望政府關(guān)于綠色礦山建設(shè)的政策和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，擔(dān)心投資過后，礦山被關(guān)停，投資打水漂。因此在這個(gè)斷檔期間的機(jī)制砂，大多不是正規(guī)制砂機(jī)生產(chǎn)出來的產(chǎn)品，而是將石子稍微細(xì)碎篩分得到的砂狀顆粒混合物（其中5—10mm粒徑占比在0—20%），有些甚至就是加工碎石后的副產(chǎn)品——石屑粉，我們稱之為“畸形機(jī)制砂”。這種畸形機(jī)制砂其顆粒分布呈“兩頭多中間少”，不是嚴(yán)格意義上的連續(xù)級(jí)配，配制的混凝土和易性差、可泵性差，容易堵管，引起廣大混凝土技術(shù)人員的反感。
目前在缺砂區(qū)域，大多數(shù)在以“混合砂”進(jìn)行混凝土生產(chǎn)，而混合砂的組成就比較混亂了，通常由能夠采購(gòu)到的幾種砂以注重節(jié)約成本的形式混合組成，包括機(jī)制砂（含石屑粉）、河砂、江砂（特細(xì)砂）、洗砂（山砂）等，質(zhì)量堪憂。砂石是混凝土的骨架，不合格的砂石將給混凝土的質(zhì)量帶來嚴(yán)重的安全隱患，因此，在湖南大部分地區(qū)有必要重新認(rèn)識(shí)機(jī)制砂的本質(zhì)要求。
一、機(jī)制砂的定義
1、《建設(shè)用砂》(GB/T14684)定義：經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75mm的巖石、礦山尾礦或工業(yè)廢渣顆粒，但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒，俗稱人工砂。
2、《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ52）定義（人工砂）：巖石經(jīng)除土開采、機(jī)械破碎、篩分而成的，公稱粒徑小于5.00mm的巖石顆粒。
3、新的定義：經(jīng)除土、沖擊整形細(xì)碎、沖擊超細(xì)碎、分級(jí)、粉控、綠色生產(chǎn)等聯(lián)合工藝制成的，粒徑小于4.75mm，達(dá)到中砂級(jí)配品質(zhì)要求，含水率控制在5%以內(nèi)的天然未風(fēng)化、化學(xué)性能相對(duì)穩(wěn)定、達(dá)到一定力學(xué)性能指標(biāo)的巖石顆粒。俗稱人工砂、碎砂。
兩大標(biāo)準(zhǔn)對(duì)機(jī)制砂的定義比較寬泛，容易導(dǎo)致這種畸形機(jī)制砂混入機(jī)制砂產(chǎn)品行列，給機(jī)制砂的發(fā)展帶來影響。新的定義從工藝、品質(zhì)等方面進(jìn)行了規(guī)定，更全面、更科學(xué)。
二、機(jī)制砂的粗細(xì)程度和級(jí)配區(qū)間
既然機(jī)制砂由人工后天制成，就應(yīng)該完全可以控制其級(jí)配區(qū)間，就不存在粗、中、細(xì)、特細(xì)四個(gè)區(qū)間，只需中砂、粗砂級(jí)配區(qū)間就好（特種用途需求的除外，可由供需雙方在合同中規(guī)定）。
累計(jì)篩余百分率對(duì)各粒徑區(qū)間含量表達(dá)不直觀，用分計(jì)篩余百分率范圍限定各粒徑區(qū)間含量，滿足“分計(jì)篩余百分率限定范圍”更合適。
三、機(jī)制砂的三大屬性：物理屬性、工藝屬性、化學(xué)屬性
1、物理屬性：包括所有常規(guī)物理性能指標(biāo)，重點(diǎn)注意以下幾個(gè)指標(biāo)：
1.1機(jī)制砂的含泥量和石粉含量
國(guó)標(biāo)和行標(biāo)對(duì)天然砂規(guī)定含泥量，對(duì)機(jī)制砂的含泥量規(guī)定為石粉含量。而石粉里面既有與母巖同質(zhì)的粉體，也有外帶進(jìn)來的泥土。
1.1.1機(jī)制砂中的含泥量應(yīng)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(nèi)含泥。如蒙脫石、伊利石、高嶺石等，這些都是由巖石長(zhǎng)期風(fēng)化而形成的粘土礦物，具有吸附性強(qiáng)、保水性高等特點(diǎn)。這些粘土礦物組成直接影響外加劑的適應(yīng)性、混凝土用水量、拌合物的越攪越稠、坍落度的經(jīng)時(shí)損失等。
1.1.2石粉含量
國(guó)標(biāo)和行標(biāo)對(duì)石粉含量的限制值控制很低，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值不一致，與生產(chǎn)應(yīng)用中石粉含量的實(shí)際情況也相差很大。若按標(biāo)準(zhǔn)限值來控制，則大多數(shù)機(jī)制砂要么只能采用濕法生產(chǎn)，通過水洗才能達(dá)到石粉限值要求；要么加大干法生產(chǎn)的風(fēng)選功率，將大部分石粉選出來另做他用。如果這樣，既對(duì)環(huán)境保護(hù)不利，加大能耗，對(duì)資源也是一種浪費(fèi)。其實(shí)，絕大多數(shù)石粉非泥，是泵送混凝土、自密實(shí)混凝土及貧混凝土的稠度調(diào)節(jié)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(yīng)，使用得當(dāng)可以降低部分膠凝材料用量。
1.2需水量比
亞甲藍(lán)試驗(yàn)對(duì)鈣質(zhì)石粉敏感，硅質(zhì)石粉不敏感，且試驗(yàn)的復(fù)演性差，人為判斷因素多，誤差大。因此，在亞甲藍(lán)試驗(yàn)基礎(chǔ)上增加一個(gè)需水量比試驗(yàn)更準(zhǔn)確。
1.3機(jī)制砂的吸水性
機(jī)制砂由于經(jīng)過機(jī)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(duì)水都具有一定的吸附性，因此，有必要測(cè)定其吸水率，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)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(dòng)性損失過快問題。
1.4機(jī)制砂的堅(jiān)固性
機(jī)制砂的堅(jiān)固性要求比天然砂顯得更為重要。因?yàn)樘烊簧笆墙?jīng)過許多年大浪淘沙留下來的精華，堅(jiān)固性一般不會(huì)出現(xiàn)大的問題。而加工機(jī)制砂的母材品種眾多，如：母巖中有風(fēng)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(jī)制砂的堅(jiān)固性指標(biāo)是不能滿足要求的，在對(duì)全省機(jī)制砂的走訪調(diào)查中發(fā)現(xiàn)多起機(jī)制砂堅(jiān)固性不合格，用手就可以輕易搓碎，而用戶卻沒有足夠重視的事件。而機(jī)制砂的堅(jiān)固性指標(biāo)直接關(guān)系到混凝土的力學(xué)性能和耐久性能。
1.5復(fù)合細(xì)度模數(shù)
同一個(gè)細(xì)度模數(shù)的砂樣，其級(jí)配曲線可能完全不一樣，理想的砂各粒徑區(qū)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(shí)，孔隙率小。細(xì)度模數(shù)概念太寬泛，不能準(zhǔn)確表達(dá)級(jí)配狀態(tài)，所以，如果還要套用老的累計(jì)篩余級(jí)配曲線及細(xì)度模數(shù)的話，建議采用復(fù)合細(xì)度模數(shù)指標(biāo)更合理。
復(fù)合細(xì)度模數(shù)定義：在國(guó)標(biāo)細(xì)度模數(shù)基礎(chǔ)上，增加2.36mm以上和0.075mm以下的含量指標(biāo)限值，分三個(gè)等級(jí)，表示方法：μf(+2.36，-0.075)，μf細(xì)度模數(shù)，取值2.3-3.7。如：2.8（12,6），表示細(xì)度模數(shù)2.8,其中2.36mm以上顆粒含量低于12%，0.075mm以下顆粒含量低于6%。通過對(duì)兩頭顆粒含量值的限定，避免了兩頭多中間少的畸形級(jí)配機(jī)制砂的出現(xiàn)。根據(jù)復(fù)合細(xì)度模數(shù)可以分三個(gè)等級(jí)：Ⅰ級(jí)2.8（12,6）；Ⅱ級(jí)2.8（18,8）；Ⅲ級(jí)2.8（22,10）。
2、工藝屬性：
2.1采用變頻破碎和篩分分級(jí)技術(shù)，可以得到任意級(jí)配曲線的機(jī)制砂；
2.2不同巖石有不同的解理面，同種巖石采用不同破碎方式的針片狀含量不同；
2.3破碎界四大難題：
A、石料做扁易做圓難；
B、2.5—10mm的骨料很難破碎做細(xì)（超細(xì)碎），俗稱“鉆石王老五”；C、級(jí)配曲線的長(zhǎng)期穩(wěn)定；
D、篩分技術(shù)。
3、化學(xué)屬性：
3.1堿集料反應(yīng)；
3.2外加劑適應(yīng)性；
3.3母巖成分（如內(nèi)含的蒙脫石、伊利石、高嶺石等）對(duì)混凝土工作性、力學(xué)性、耐久性的影響；
3.4某些以碳酸鈣為主的石粉可能與C3A發(fā)生水化反應(yīng)，形成水化碳鋁酸鈣。
因此，不是所有的母巖都適合做機(jī)制砂，特別是高品質(zhì)機(jī)制砂。新建礦山應(yīng)事先對(duì)巖石做一個(gè)全面的分析，改建礦山應(yīng)根據(jù)巖石的特性做到合理利用、優(yōu)質(zhì)優(yōu)用。
（參考文獻(xiàn)：朱東敏《高性能混凝土用機(jī)制砂》、宋笑《從依賴天然砂石資源向人工制造砂石資源轉(zhuǎn)變，湖南砂石資源格局變換之陣痛》）
湖南省砂協(xié)專委會(huì) 宋笑
2018-04-20于湘潭盤龍山莊
