陳家瓏:關于我國建設用骨料的再思考

作者:北京建筑工程學院 陳家瓏

　　編者按：混凝土骨料即建筑用砂石的質(zhì)量約占混凝土質(zhì)量的七成多，我國骨料質(zhì)量問題仍是當前的主要問題。作為混凝土骨架材料，作者在下文中的有這樣一段話：這種"開采和消耗自然資源的最大的產(chǎn)品，產(chǎn)用量居世界第一。我國重要礦產(chǎn)品名錄中卻沒有它，也沒有行業(yè)規(guī)劃。各地也是臨時應對，沒有按工業(yè)產(chǎn)品認真管理，在全國各地工商企業(yè)產(chǎn)品名錄登記中，關于骨料名稱竟達65種。用一盤散沙形容建筑骨料生產(chǎn)行業(yè)非常形象"。作者提出這些問題的警示意義在于從落實節(jié)能減排、保證工程質(zhì)量和人民生命安全方面考慮，希望也應該引起建設建材行業(yè)內(nèi)外、管理統(tǒng)籌單位的足夠重視。下文為作者發(fā)給本刊的新年專稿，現(xiàn)推薦給混凝土業(yè)界。

　　摘要：本文綜述了我國骨料的生產(chǎn)應用和資源多樣化的現(xiàn)狀，分析了存在的問題并提出解決的建議，指出砂石骨料的質(zhì)量問題仍是當前的主要問題，需從提高認識、加強規(guī)劃、建立生產(chǎn)準入制度與大型生產(chǎn)企業(yè)及強化標準等方面著手解決。

　　關鍵詞：骨料；混凝土；人工砂；

　　5年前，筆者曾寫過一篇文章《我國混凝土骨料的現(xiàn)狀與問題》，主要針對我國天然礦石資源短缺、亂采亂挖砂石現(xiàn)象屢禁不止、砂石質(zhì)量完全失控的現(xiàn)象提出應提高對砂石重要性的認識，引導砂石行業(yè)成為保護環(huán)境、開發(fā)建設用地、充分利用廢棄資源的主力軍的想法?，F(xiàn)在看來，在保護自然資源、生產(chǎn)人工骨料、利用廢棄工業(yè)廢棄資源上有了明顯的進步，但骨料質(zhì)量問題仍是當前的主要問題，質(zhì)量是表面問題，根本原因仍在認識不足，需從提高認識和加強管理的方面著手解決。

　　一、一個被忽視但又離不開的行業(yè)

　　建設用骨料，建筑和水利業(yè)如此稱謂，建材和交通業(yè)又稱集料，實際上就是俗稱的建筑用砂石。它主要用于工程基礎、混凝土、砂漿和相應制品。近兩年的每年用量測算高達90億噸主要左右，是2001年的5倍（測算依據(jù)，砂石產(chǎn)量主要是根據(jù)水泥當年的產(chǎn)量再考慮配制成混凝土、砂漿或制品時水泥與砂石骨料的大體比例估算。2008年水泥產(chǎn)量為14億噸，今年已達16億噸，其中，出口不到3%，即平均年用量為14.5億噸，按水泥比砂石1：6計算，砂石用量約為87億噸，再加上路基用砂石料、瀝青混凝土等所用砂石）。按平均價格20元/噸計算，直接年產(chǎn)值1800個億，是開采和消耗自然資源的最大的產(chǎn)品，產(chǎn)用量居世界第一。混凝土骨料的質(zhì)量約占整個混凝土質(zhì)量的75%，是作為混凝土骨架的材料。因此，骨料的性質(zhì)對混凝土的影響很大。特別是隨著混凝土技術和應用的迅速發(fā)展、骨料資源的變化以及生產(chǎn)工藝的改變，其影響和作用越來越大。但是我國重要礦產(chǎn)品名錄中卻沒有它，也沒有行業(yè)規(guī)劃。各地也是臨時應對，沒有按工業(yè)產(chǎn)品認真管理，在全國各地工商企業(yè)產(chǎn)品名錄登記中，砂、沙、砂子、河砂、砂石料、沙子機碎石、建筑石開采等關于骨料名稱竟達65種。用"一盤散沙"形容建筑骨料生產(chǎn)行業(yè)非常形象。然而，就是這樣的一個產(chǎn)品，這樣一個行業(yè)，卻對貫徹建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的可持續(xù)發(fā)展的國策有重要影響，對落實節(jié)能減排有重要意義，對保證工程質(zhì)量和人民生命安全有重要的作用。

　　二、當前存在的問題

　　1.對骨料的重要性仍認識不足，缺少規(guī)劃，骨料生產(chǎn)和質(zhì)量落后導致后患無窮

　　由于傳統(tǒng)的觀念，人們對骨料的認識普遍存在著不足，認為骨料在混凝土中的作用只是填充，骨料質(zhì)量無所謂，只要多加水泥就行。市場上，不管骨料來自何方，質(zhì)量如何，只要有貨供應即可。事實上，即使對普通混凝土，這種認識也是錯誤的?；炷敛粌H要強度，還要施工性（和易性）和耐久性。骨料的性質(zhì)對上述性能均有影響。骨料的強度、表面特征、清潔度、級配、顆粒形狀、最大粒徑、含泥量和泥塊含量等會影響混凝土的強度。骨料的級配、粒型、吸水率、表面特征、黏土礦物含量等會影響混凝土的施工性。骨料的級配、孔隙率、孔結構、滲透性、飽和度、結構和構造、黏土礦物、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、硬度、有害物質(zhì)等會影響混凝土的耐久性。

　　上世紀90年代后，全球混凝土的發(fā)展趨勢是發(fā)展高性能混凝土（HPC），而HPC的發(fā)展必須有高質(zhì)量的骨料。我國混凝土方面的專家把骨料的質(zhì)量視為制約我國混凝土發(fā)展的關鍵。認為當前混凝土質(zhì)量不好的主要原因是骨料質(zhì)量太差。2008年北京市砂石市場抽檢結果：砂子含泥量、含石量嚴重超標，骨料級配不合格現(xiàn)象普遍（砂：不合格為70%-100%，石：不合格為56%）。級配是骨料的最基本的材性，對混凝土的所有性質(zhì)都有影響，也是人工生產(chǎn)中完全可以控制的指標，但這樣的指標尚不能保障，砂石質(zhì)量可見一斑。我國《混凝土結構耐久性設計規(guī)范》中規(guī)定，"為保證混凝土密實性和體積穩(wěn)定性，應滿足骨料級配和粒形的要求，并采用單粒級石子兩級配或三級配投料"。目前，一些企業(yè)采用粗骨料三級配甚至四級配，把空隙率控制在38%左右，有的企業(yè)，細骨料采用兩級配，合理的利用了采礦廢物尾礦砂，生產(chǎn)的混凝土無論從質(zhì)量還是經(jīng)濟上都取得了好結果。而寧波市一些工程因使用淡化海砂的氯離子超標造成鋼筋銹蝕，建成一年多就無法使用，天津市某工程使用風化砂配C20的混凝土強度僅達到C10。

　　近兩年，我國高性能混凝土需求量越來越大，特別是高鐵和高速公路建設發(fā)展迅速，對混凝土的強度等級、施工性及耐久性都提出了很高的要求。然而，由于骨料生產(chǎn)受地域的限制，一些毫無骨料知識的農(nóng)民紛紛包下山頭，購買設備生產(chǎn)骨料，仍停留在幾十年前的生產(chǎn)方式上，只不過設備有所改變。95%以上的生產(chǎn)廠沒有試驗室，《建筑用砂》、《建筑用卵石、碎石》國家標準中規(guī)定的出廠檢驗根本沒有落實，要求提供合格證更是形同虛設。筆者曾經(jīng)親自考察過山西幾個農(nóng)民投資建廠，而其生產(chǎn)骨料的礦石風化嚴重，根本不適合生產(chǎn)建筑骨料。筆者還接到過砂生產(chǎn)企業(yè)負責人詢問什么是粗砂、什么是中砂的電話。而這些還是守法的，非法采砂的質(zhì)量就更無從談起，而一些工程由于工期和成本的限制，一些其它因素的影響，很難保證這樣的骨料就不會用在工程上。質(zhì)量不合格的骨料對工程的危害不是當時就顯現(xiàn)的，特別是其對耐久性的影響是長期漸變的，無疑給工程質(zhì)量埋下隱患，"豆腐渣工程"由此產(chǎn)生。

　　對骨料重要性認識不足還表現(xiàn)沒有規(guī)劃和計劃上。近幾年，中央和各地政府越來越重視對自然資源和環(huán)境保護，紛紛出臺對骨料開采的限制規(guī)定，但多是只限不疏或計劃不全面與長遠，而市場需要并未發(fā)生改變，結果是盜采盜挖泛濫，反倒加劇了對資源和環(huán)境的破壞。有關非法采砂的報導已是媒體陳舊但又不得不經(jīng)常提起的題目。上網(wǎng)查"非法采砂"，有關報導從去年5月的178,000項又增至當前的245,000項。在河道挖砂影響了堤岸安全，河勢穩(wěn)定、防汛排洪、水路交通設施、魚類生存環(huán)境；農(nóng)田和古河道中挖砂形成毀壞了土地、砂石坑千瘡百孔留下后患，曾多次發(fā)生過兒童在沙坑被淹致死的悲??；城市山地石料開采，嚴重破壞了城市景觀和綠色植被。另外，骨料在生產(chǎn)和運輸過程中還造成對空氣和環(huán)境的污染，同時，也浪費自然資源和造成稅收大量流失。

　　2.資源的新變化使骨料面臨更嚴格的要求

　　由于對自然資源的嚴格限制和人工砂標準的出臺，5年來，我國人工砂發(fā)展迅猛，在大城市產(chǎn)用量已占70%以上。天然骨料多為水成，經(jīng)過大自然的加工，產(chǎn)生過程和開采工藝基本一致，因此，其成分基本為硅質(zhì)，粒型為球體、表面光滑、比表面積小，堅固性普遍合格，不同僅為級配與雜質(zhì)。由于天然級配無法人為控制，又受成本和資源的限制，天然骨料除含泥量、氯離子含量等有害物質(zhì)控制較嚴外，其它盡管不合格，在普通混凝土的使用中也不會產(chǎn)生很大的問題。而人工骨料因所用原料的礦物成分、結構和構造不同，加工機械與工藝不同，它的顆粒級配、粒形、石粉含量等會差別很大。比如，用專門設備生產(chǎn)的機制砂，其級配、細度模數(shù)均可做到優(yōu)于天然砂，粒型完全可與天然砂媲美。而利用各種尾礦生產(chǎn)的顆粒級配多為兩頭大中間小，粒型呈三角體或方矩體，棱角尖銳，有的片狀顆粒較多，細度模數(shù)在1.5~4.0之間，石灰?guī)r砂多數(shù)偏粗，鐵尾礦砂偏細，干法生產(chǎn)的人工砂含有10%以上的石粉等。但這還只是表面特征。由于礦物成分的不同，不同成分的人工砂對混凝土的影響也不同。筆者專門用小于75μm的石粉進行了試驗，分別用不同成分的不同細度石粉、外加劑和水泥做水泥凈漿流動度和砂漿流動度試驗。發(fā)現(xiàn)石灰?guī)r石粉吸水性能較低，摻在混凝土中能起減水作用，只要通過合理的配比設計，可替代部分水泥和摻和料，提高混凝土密實度及多方面性能，降低成本。北京某公司已進行了大量的工程實踐并取得可以用特制石粉取代100kg/m³以上水泥與礦物摻和料好效果。但砂巖的石粉不但不減水，用水量反而要顯著的增加，處理不當會影響混凝土的施工、強度及耐久性。另外，干法生產(chǎn)的人工骨料，與天然骨料有一個明顯的區(qū)別，其"吸水飽和度"很低，配制混凝土的坍落度損失很大，給施工帶來了麻煩，特別是再生骨料和大部分硅質(zhì)人工骨料，這種現(xiàn)象非常明顯。[Page]

　　在日益重視循環(huán)經(jīng)濟和節(jié)能減排的大環(huán)境下，各種工業(yè)廢棄物都積極開發(fā)出路，面對年排數(shù)億噸的各種尾礦、廢石和廢渣，骨料行業(yè)確實能在綜合利用上發(fā)揮作用。這幾年，有關廢物做骨料的標準紛紛制定。僅今年一年，就有《混凝土用再生粗骨料》、《混凝土用再生細骨料》、《普通預拌砂漿用鋼渣砂》、《泡沫混凝土砌塊用鋼渣》、《外墻外保溫抹面和粘接用鋼渣砂》、《混凝土多孔磚和路面磚用鋼渣》、《道路用鋼渣》等多項標準通過審查待批。這就對骨料的生產(chǎn)和使用提出了更高的要求。如果，還是不重視骨料質(zhì)量，不認真執(zhí)行標準，不僅不能利用好這些再生資源，反而會給工程帶來危害。

　　三、解決骨料質(zhì)量的若干建議

　　1.提高認識，加強規(guī)劃

　　提高認識分兩個方面，一方面要加強宣傳教育，從思想上重視，另一方面，要采取切實可行的制度和措施保障。

　　加強規(guī)劃是重要措施之一。由于歷史和資源的原因，骨料是地域化很強的材料，主要由當?shù)卣撠煿橇系囊?guī)劃，但骨料的生產(chǎn)與使用涉及到水利、國土、環(huán)保、建設、建材等多個管理部門，以前是各管一面?，F(xiàn)在，由于建材職能管理部門的撤消，消弱了對骨料的規(guī)劃和管理，更應當由政府作出統(tǒng)一具體的規(guī)劃。規(guī)劃要堅決執(zhí)行科學的發(fā)展觀，做到骨料生產(chǎn)規(guī)劃與城市總體規(guī)劃相銜接，當前與長遠相結合，產(chǎn)用兼顧，合理布局。根據(jù)各種資源的分布特點、市場對骨料的需求、城市綠化及城鄉(xiāng)建設用地需要來確定禁采區(qū)、限采區(qū)與開發(fā)區(qū)。走開采、造地、綠化為一體的良性循環(huán)之路。有計劃地改造利用山丘坡地、古旱河道開發(fā)骨料，增加土地復墾和建設用地，保護自然景觀。

　　骨料是資源性產(chǎn)品，不能只靠市場調(diào)節(jié)。單純市場調(diào)節(jié)的結果就是價格瘋漲，盜采盜挖泛濫。規(guī)劃一旦確定，就應該有相應的穩(wěn)定性以吸引各種渠道的投資，特別是民間的投資。骨料生產(chǎn)企業(yè)的投資主體主要來自民間，有些地區(qū)，開采證一年或兩年一辦，時間太短。骨料開采的短期行為和不重視質(zhì)量與政府政策的不確定性有很大的關系，很多企業(yè)并非不想作大做強，不想環(huán)保，而是怕政策一旦變化，大和長遠的投入根本無法收回。政府的計劃不周，往往會給社會增加成本，不少事例證明，開始收到的采砂承包款遠遠小于事后付出的治理費用。

　　骨料開采僅靠當?shù)卣?guī)劃是不夠的，北京市目前面臨骨料短缺的事實說明，臨時依靠鄰近地區(qū)走市場調(diào)節(jié)還可以，從長遠看，各地都要保護資源與環(huán)境，資源緊張是遲早的事。因此，國家也要有全面的規(guī)劃。同時，骨料生產(chǎn)還涉及國土資源問題，國家應加強監(jiān)管，對大量骨料資源的使用應由國家審批并協(xié)調(diào)各地區(qū)的產(chǎn)用關系。另外，還要通過必要的行政手段解決骨料統(tǒng)計渠道不通的問題，保證信息流暢與準確。

　　2.建立行業(yè)生產(chǎn)準入制度，建立穩(wěn)定的大型生產(chǎn)企業(yè)

　　要提高骨料生產(chǎn)行業(yè)的素質(zhì)，必須提高生產(chǎn)企業(yè)準入門檻。在多數(shù)地區(qū)，其它混凝土制品的生產(chǎn)都是有一定要求的，起碼要有試驗室，必要的質(zhì)量控制設備和人員。骨料也是關系到工程結構安全的重要產(chǎn)品，然而，目前即使合法骨料生產(chǎn)企業(yè)也只要取得開采證就可以生產(chǎn)，沒有其它準入條件，這種情況必須改變。骨料生產(chǎn)企業(yè)起碼要按照產(chǎn)品標準中出廠檢驗要求的項目建立基本試驗室，配備相應技術人員。否則，保證骨料質(zhì)量永遠是空談。其次，要有一定的產(chǎn)能要求，我們應該像整治小水泥一樣下決心整治小骨料生產(chǎn)企業(yè)，合理利用資源。第三，還要提出環(huán)保要求，筆者訪問德國一家開采天然砂的骨料生產(chǎn)企業(yè)以為進了一個花園，滿目青草綠樹，根本見不到一點灰塵。最后，還要有治理恢復要求，通過開采骨料后還給社會依然應是青山綠水，外加建設或農(nóng)業(yè)用地。要達到上述的目的，建立穩(wěn)定的大型生產(chǎn)企業(yè)至關重要。

　　我國各地的建設都處于高潮期，骨料用量只增不降，因此，解決骨料問題不是權宜之計，一定要長遠考慮。每個城市只有建立幾個大型骨干企業(yè)才能保證骨料的產(chǎn)量與質(zhì)量、穩(wěn)定價格、保護環(huán)境、解決建設用地、消納工業(yè)廢物等，達到綜合效益，在特大城市尤為重要。北京市通過利用鐵礦、石灰石礦等礦山企業(yè)來生產(chǎn)骨料，年產(chǎn)骨料達2500多萬噸，即處理了采礦過程中的廢石和尾礦，又解決了1/4的骨料資源，且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)保效果良好。我國香港也有很好的經(jīng)驗。香港政府按規(guī)劃與骨料生產(chǎn)企業(yè)訂立了長期和詳細的合同，規(guī)定了采掘量、綠化及美化指標（植樹、種灌木、種草、建山水渠）、礦場排水、排污及浮塵標準，企業(yè)15年后要將經(jīng)綠化的石礦場將交回政府作住宅用途，真可謂一舉多得。而且，企業(yè)也認真執(zhí)行，可以做到與居民小區(qū)只相隔幾百米而相安無事。

　　2.強化標準，嚴格執(zhí)行

　　目前，國家有《建筑用砂》、《建筑用卵石、碎石》兩項標準，各行業(yè)又都有各自的標準或規(guī)范。各行業(yè)的規(guī)范和標準多數(shù)是強制性的；構成混凝土的水泥、外加劑等產(chǎn)品標準也全是強制性的，唯獨占主要比例起骨架作用的骨料仍然是推薦性標準。去年，國標委曾經(jīng)下達了建筑用砂修訂為強制性標準的計劃，但由于社會對骨料重要性認識的不足，又改回推薦性。這就工程質(zhì)量帶來問題，就像2008年震驚中外的毒奶粉事件一樣，問題表現(xiàn)為奶粉，實際出在奶源，控制建設骨料的質(zhì)量就相當于控制奶源。要防止毒牛奶事件的重演，就必須從源頭抓起，強化標準，并嚴格執(zhí)行，上述無出廠檢驗和產(chǎn)品合格證的現(xiàn)象不能再熟視無睹。否則，將直接影響工程質(zhì)量，涉及工程壽命和人身安全，威脅建筑、鐵路、橋梁與水電設施的使用，影響節(jié)能減排、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟及保護資源與環(huán)境。

　　參考文獻：陳家瓏，方源興，我國混凝土骨料的現(xiàn)狀與問題，《建筑技術》，2005，34（10）：726-728

　　作者簡介  陳家瓏 ，男，北京建筑工程學院教授

　　地址：北京西城展覽館路1號

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