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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） 摘要 本文叙述了机制砂的发展背景及现状，简要介绍了机制砂在混凝土中，特别是高性能混凝土中的应用和使用中存在的问题。 关键词 机制砂 ；应用 ；问题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。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。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。34商品混凝土Beton Chinese Edition Ready-mixed Concrete综述评论2012 年第 03 期据不完全统计，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。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 2.93.4 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。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 C10C100 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。6 总结机制砂已开始在我国大面积使用，但是一般用于 C10C50 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。参考文献1江京平 .建筑用砂（GB/T 14684-2001）内容概要与人工砂应用前景展望 J. 建筑技术 . 2003（1）：54-56. 雷昌聚 . 机制砂在核电站混凝土中的应用 J. 建筑技术 .2003（1）：56-57.蒋正武，吴建林 . 贵州地区机制砂在混凝土中应用存在的 问题及建议 J. 商品混凝土 . 2011.8:4-6.刘恩福 . 分析机制砂在混凝土中的应用与发展 J. 广东科 技 . 2010.1:169-171.杨文烈，邸春福 . 机制砂的生产及在混凝土中的应用 J. 混凝土 . 2008.6:113-117.（下转第 47 页）2345 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 C50C80 的高强混凝土，并较为系统的研53528d 抗压强度40 7d 抗压强度3d 抗压强度35(MPa) 30抗压强度 2520150 0.5% 0.6% 0.7% 0.8% 0.9% 1.0% 1.25% 1.5% 2.0%Na SO 掺量2 4图 2 不同 Na2SO4 掺量下低硫水泥混凝土的抗压强度商品混凝土Beton Chinese Edition Ready-mixed Concrete研究探索2012年第03期10养护条件下，3d 强度仅有 7.8 MPa，7d 强度仅有 17.5 MPa，强度发展较慢。因此可见，Na2SO4 的加入，提高了低温下混凝土的强度， 有利于混凝土的冬季施工。4 结论1）Na2SO4 缩短了水泥的初凝时间，加大了水泥初凝与终 凝时间的间隔 ；2）Na2SO4 有利于提高水泥胶砂早期强度而不利于水泥胶 砂后期抗压强度 ；3）Na2SO4 有利于提高混凝土早期强度，且最佳掺量为胶 凝材料的 0.6%，少量（0.5%1.0%）Na2SO4 有利于提高混凝土 流动性，减小混凝土坍落度经时损失 ；4）少量 Na2SO4 有利于混凝土的冬期施工。参考文献度最高为 38.9 MPa。这主要是由于 Na2SO4 对矿物掺合料的激发作用以及 Na2SO4 和缓凝减水剂叠加效应所致。减水剂的减 水作用，提高了水泥石的密实性，减水剂的分散作用和润湿作用， 使水泥浆体成为均匀的分散结构，有利于水与 Na2SO4 和水泥 矿物反应，生成的水化产物多；减水剂中缓凝成分的缓凝作用， 减少了AFt 晶体的初始骨架结构缺陷及使其主要在塑性状态下1田培 , 刘加平 , 王玲 , 冉千平等 . 混凝土外加剂手册 M.北京 , 化学工业出版社 , 2009: 102116、284294.蒋亚清 . 混凝土外加剂应用基础 M. 北京 , 化学工业出版 社 , 2011: 226228.林付亿 , 郑远林 . 硫酸钠早强剂对预拌混凝土工作性和抗 压强度的影响 J. 四川建材 , 2007(5): 34.张承志 . 商品混凝土 M. 北京 , 化学工业出版社 , 2010:485488. 蒋永惠.硫酸钠对水泥水化的作用 J.上海建材学院学报，1989, 2(3): 290296.林宗寿 . 水泥“十万”个为什么 M. 武汉 , 武汉理工大学 出版社 . 2010: 4344.张云理 , 卞葆芝 , 阮晓蔚 , 冯金之 , 刘红飞 . 硫酸钠系早 强外加剂对混凝土耐久性影响的研究 ( 下 )J. 混凝土与水 泥制品 , 1992(4): 811.宋仁义 , 曹立波 . 硫酸钠对萘系高效减水剂的分散性能影 响的研究 J. 混凝土 , 2001(11): 2931.于长江 , 陶成云 . 硫酸钠的掺量对混凝土坍落度的影响 J. 低温建筑技术 , 2003(6): 8889.张云理 , 卞葆芝 , 阮晓蔚 , 冯金之 , 刘红飞 . 硫酸钠系早 强外加剂对混凝土耐久性影响的研究 ( 上 )J. 混凝土与 水泥制品 , 1992(3): 410.23生成，进一步提高了混凝土的密实性 10。而 Na SO 掺量继续42 4增加，混凝土强度降低这是由于 Na2SO4 激发混凝土所增加的强度要低于水泥早期水化产物生长过快造成混凝土后期密实 程度不够所损失的强度。因此本实验条件下，Na2SO4 的最佳掺 量为胶凝材料的 0.6%。3.3.4 低温下Na2SO4对低硫水泥混凝土性能的影响在混凝土低温养护箱中进行 10养护的 C1、C3、C4 各 龄期强度如表 3 所示。5678表 3 不同养护条件下的混凝土抗压强度Na2SO4 掺量 养护条件3d 强度（MPa）7d 强度（MPa）2