關(guān)于我國(guó)建設(shè)用骨料的再思考

　　一、一個(gè)被忽視但又離不開(kāi)的行業(yè)
　　建設(shè)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(shí)際上就是俗稱的建筑用砂石。它主要用于工程基礎(chǔ)、混凝土、砂漿和相應(yīng)制品。近兩年的每年用量測(cè)算高達(dá)90億噸主要左右，是2001年的5倍（測(cè)算依據(jù)，砂石產(chǎn)量主要是根據(jù)水泥當(dāng)年的產(chǎn)量再考慮配制成混凝土、砂漿或制品時(shí)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(dá)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(jì)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(jià)格20元/噸計(jì)算，直接年產(chǎn)值1800個(gè)億，是開(kāi)采和消耗自然資源的最大的產(chǎn)品，產(chǎn)用量居世界第一?；炷凉橇系馁|(zhì)量約占整個(gè)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(duì)混凝土的影響很大。特別是隨著混凝土技術(shù)和應(yīng)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(lái)越大。但是我國(guó)重要礦產(chǎn)品名錄中卻沒(méi)有它，也沒(méi)有行業(yè)規(guī)劃。各地也是臨時(shí)應(yīng)對(duì)，沒(méi)有按工業(yè)產(chǎn)品認(rèn)真管理，在全國(guó)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(jī)碎石、建筑石開(kāi)采等關(guān)于骨料名稱竟達(dá)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(gè)產(chǎn)品，這樣一個(gè)行業(yè)，卻對(duì)貫徹建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的可持續(xù)發(fā)展的國(guó)策有重要影響，對(duì)落實(shí)節(jié)能減排有重要意義，對(duì)保證工程質(zhì)量和人民生命安全有重要的作用。

　　二、當(dāng)前存在的問(wèn)題
　　1.對(duì)骨料的重要性仍認(rèn)識(shí)不足，缺少規(guī)劃，骨料生產(chǎn)和質(zhì)量落后導(dǎo)致后患無(wú)窮
　　由于傳統(tǒng)的觀念，人們對(duì)骨料的認(rèn)識(shí)普遍存在著不足，認(rèn)為骨料在混凝土中的作用只是填充，骨料質(zhì)量無(wú)所謂，只要多加水泥就行。市場(chǎng)上，不管骨料來(lái)自何方，質(zhì)量如何，只要有貨供應(yīng)即可。事實(shí)上，即使對(duì)普通混凝土，這種認(rèn)識(shí)也是錯(cuò)誤的?；炷敛粌H要強(qiáng)度，還要施工性（和易性）和耐久性。骨料的性質(zhì)對(duì)上述性能均有影響。骨料的強(qiáng)度、表面特征、清潔度、級(jí)配、顆粒形狀、最大粒徑、含泥量和泥塊含量等會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。骨料的級(jí)配、粒型、吸水率、表面特征、黏土礦物含量等會(huì)影響混凝土的施工性。骨料的級(jí)配、孔隙率、孔結(jié)構(gòu)、滲透性、飽和度、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造、黏土礦物、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、硬度、有害物質(zhì)等會(huì)影響混凝土的耐久性。

　　上世紀(jì)90年代后，全球混凝土的發(fā)展趨勢(shì)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(guó)混凝土方面的專家把骨料的質(zhì)量視為制約我國(guó)混凝土發(fā)展的關(guān)鍵。認(rèn)為當(dāng)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(chǎng)抽檢結(jié)果：砂子含泥量、含石量嚴(yán)重超標(biāo)，骨料級(jí)配不合格現(xiàn)象普遍（砂：不合格為70%-100%，石：不合格為56%）。級(jí)配是骨料的最基本的材性，對(duì)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(biāo)，但這樣的指標(biāo)尚不能保障，砂石質(zhì)量可見(jiàn)一斑。我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，"為保證混凝土密實(shí)性和體積穩(wěn)定性，應(yīng)滿足骨料級(jí)配和粒形的要求，并采用單粒級(jí)石子兩級(jí)配或三級(jí)配投料"。目前，一些企業(yè)采用粗骨料三級(jí)配甚至四級(jí)配，把空隙率控制在38%左右，有的企業(yè)，細(xì)骨料采用兩級(jí)配，合理的利用了采礦廢物尾礦砂，生產(chǎn)的混凝土無(wú)論從質(zhì)量還是經(jīng)濟(jì)上都取得了好結(jié)果。而寧波市一些工程因使用淡化海砂的氯離子超標(biāo)造成鋼筋銹蝕，建成一年多就無(wú)法使用，天津市某工程使用風(fēng)化砂配C20的混凝土強(qiáng)度僅達(dá)到C10。

　　近兩年，我國(guó)高性能混凝土需求量越來(lái)越大，特別是高鐵和高速公路建設(shè)發(fā)展迅速，對(duì)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、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(wú)骨料知識(shí)的農(nóng)民紛紛包下山頭，購(gòu)買設(shè)備生產(chǎn)骨料，仍停留在幾十年前的生產(chǎn)方式上，只不過(guò)設(shè)備有所改變。95%以上的生產(chǎn)廠沒(méi)有試驗(yàn)室，《建筑用砂》、《建筑用卵石、碎石》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的出廠檢驗(yàn)根本沒(méi)有落實(shí)，要求提供合格證更是形同虛設(shè)。筆者曾經(jīng)親自考察過(guò)山西幾個(gè)農(nóng)民投資建廠，而其生產(chǎn)骨料的礦石風(fēng)化嚴(yán)重，根本不適合生產(chǎn)建筑骨料。筆者還接到過(guò)砂生產(chǎn)企業(yè)負(fù)責(zé)人詢問(wèn)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(wú)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(huì)用在工程上。質(zhì)量不合格的骨料對(duì)工程的危害不是當(dāng)時(shí)就顯現(xiàn)的，特別是其對(duì)耐久性的影響是長(zhǎng)期漸變的，無(wú)疑給工程質(zhì)量埋下隱患，"豆腐渣工程"由此產(chǎn)生。

　　對(duì)骨料重要性認(rèn)識(shí)不足還表現(xiàn)沒(méi)有規(guī)劃和計(jì)劃上。近幾年，中央和各地政府越來(lái)越重視對(duì)自然資源和環(huán)境保護(hù)，紛紛出臺(tái)對(duì)骨料開(kāi)采的限制規(guī)定，但多是只限不疏或計(jì)劃不全面與長(zhǎng)遠(yuǎn)，而市場(chǎng)需要并未發(fā)生改變，結(jié)果是盜采盜挖泛濫，反倒加劇了對(duì)資源和環(huán)境的破壞。有關(guān)非法采砂的報(bào)導(dǎo)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(guān)報(bào)導(dǎo)從去年5月的178,000項(xiàng)又增至當(dāng)前的245,000項(xiàng)。在河道挖砂影響了堤岸安全，河勢(shì)穩(wěn)定、防汛排洪、水路交通設(shè)施、魚(yú)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(guò)兒童在沙坑被淹致死的悲劇；城市山地石料開(kāi)采，嚴(yán)重破壞了城市景觀和綠色植被。另外，骨料在生產(chǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中還造成對(duì)空氣和環(huán)境的污染，同時(shí)，也浪費(fèi)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(yán)格的要求
　　由于對(duì)自然資源的嚴(yán)格限制和人工砂標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，5年來(lái)，我國(guó)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(guò)大自然的加工，產(chǎn)生過(guò)程和開(kāi)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(jiān)固性普遍合格，不同僅為級(jí)配與雜質(zhì)。由于天然級(jí)配無(wú)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(yán)外，其它盡管不合格，在普通混凝土的使用中也不會(huì)產(chǎn)生很大的問(wèn)題。而人工骨料因所用原料的礦物成分、結(jié)構(gòu)和構(gòu)造不同，加工機(jī)械與工藝不同，它的顆粒級(jí)配、粒形、石粉含量等會(huì)差別很大。比如，用專門設(shè)備生產(chǎn)的機(jī)制砂，其級(jí)配、細(xì)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(jí)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(xì)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(xì)，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(duì)混凝土的影響也不同。筆者專門用小于75μm的石粉進(jìn)行了試驗(yàn)，分別用不同成分的不同細(xì)度石粉、外加劑和水泥做水泥凈漿流動(dòng)度和砂漿流動(dòng)度試驗(yàn)。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(guò)合理的配比設(shè)計(jì)，可替代部分水泥和摻和料，提高混凝土密實(shí)度及多方面性能，降低成本。北京某公司已進(jìn)行了大量的工程實(shí)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(dāng)會(huì)影響混凝土的施工、強(qiáng)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(gè)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(lái)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。