高品质机制砂标准（劣质机制砂产生的4类原因分析）

砂是构成混凝土骨架体系的重要材料之一，对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能及长期性能起着非常重要的作用。以前我们主要用活水砂（flowing watersand，指主流冲刷下的天然河砂），活水砂经过多年水流冲刷大浪淘沙后，留下来的都是精华，优点多，如颗粒饱满圆滑、强度高、含泥量少、杂质含量少、不吸水、不吸附外加剂等，缺点是各项指标完全依赖于先天条件形成，不适宜后天花大力气进行深加工。但近年来的河砂质量也存在诸多问题：目前湖南省的五大天然砂采区采挖的是沙洲砂（sand bar，指河流、湖泊、水库中由水流、波浪作用堆积而成的泥沙质小岛）和深埋砂（deep sand，指河道水流以下隔着一层一定厚度土层结构以下的砂卵石层，当前采区土层厚度在 10 余米至 30余米不等）。

2017 年以来受环保压力的影响，天然砂石开采逐渐被限制，机制砂石应用越来越多，机制砂石作为加工产品按理说其质量是可以满足要求的，但目前机制砂石的质量极不满足要求，主要由以下几点原因造成：一是制度缺失，机制砂的质量管理与控制没有引起足够重视，连最基本的生产控制、出厂检验等环节都没有；二是目前货源紧张、价格翻番的情况下，基于成本压力，搅拌站在选择、采购机制砂时主要考虑的是价格，而不是品质；三是加工工艺和加工设备因素，大多数矿山企业和设备厂家不能根据岩石的岩性特征、解理面状况、强度和硬度等特性来进行工艺设计和设备组合选型；四是母岩品种和质量的影响，岩石在大自然的造岩运动中形成，母岩的发育程度和风化程度千差万别，并不是所有的岩石都适合做骨料，特别做机制砂，母岩质量是影响机制砂石质量的最根本原因。

1. 监管制度、控制手段缺失

职能部门没有将机制砂石作为工业产品，对产品质量缺乏监管。砂石矿山企业和加工企业没有质量控制理念、制度、工序、抽样、检验等手段，砂石矿山的采矿权证、安全、环保、林业等有人严管，唯独质量没人管，可以说 99% 以上的砂石开采和加工企业没有设立技术部或试验室。

2. 价格因素的影响

在当前天然砂石奇缺价高，正品机制砂石供应青黄不接的情况下，在砂石资源缺乏但需求量大的区域，大多数搅拌站在以“杂烩砂”的形式进行混凝土生产，而“杂烩砂”的组成则相当混乱，通常由能够采购到的各种形态的砂状物以注重节约成本的形式杂烩组成，通过这种大杂烩，混凝土成本仅砂这一项就可节约大量成本，有混凝土企业通过“杂烩砂”将混凝土成本最大降幅达到 40 元/m3 ，因此“杂烩砂”的市场动力很大。

2018～2019 年，天然砂与机制砂的价差大约在 60元/吨左右，每方混凝土用砂量按 800kg 计，用天然砂比用机制砂的混凝土成本高出 48 元/m3 ，这 48 元/m3 的差价，除了部分指定用天然砂的重点工程能消化部分成本外，其余都得由搅拌站自己买单，在本来就利薄的混凝土行业，搅拌站根本就承受不起，因此，天然砂可以说是有价无市。曾经有人向搅拌站推销价格稍高的精品机制砂，搅拌站通常以一句“成本没法消化，用不起”予以回绝，这更从需求端助长了劣质机制砂的盛行，即所谓劣币驱逐良币。

3. 加工工艺和加工设备选型的影响

采用变频破碎和多级筛分技术，可以得到任意级配曲线的机制砂；通过工艺调整可使级配曲线长期稳定。矿物晶体受力后沿一定方向破裂并产生光滑平面的性质称为“解理”；岩石在自然条件下形成的裂纹或裂缝称为“节理”；岩体受力或因变质作用产生并沿着一定方向大致成平行排列的致密的裂隙或面状构造称为“劈理”；由于应力作用下的机械破坏使岩体丧失其连续性和完整性称为“断裂”，断裂包括裂隙、节理和断层等；在岩石形成过程中产生的，由物质成分、颗粒大小、颜色、结构构造等的差异而表现出的岩石成层构造称为“层理”。

不同岩石有不同的解理面，岩石受力首先沿解理面破裂，同种岩石采用不同破碎方式的针片状含量不同；石料做扁易、做圆难；2.5～10mm 的骨料很难被破碎做细（超细碎），俗称“钻石王老五”。因此，工艺设计和设备选型对机制砂的质量非常重要。

4. 母岩品种和质量的影响

4.1 母岩的品种

岩石大致可以分为三大类：岩浆岩、沉积岩、变质岩。由于地球内部高温液态物质冷却和结晶而形成的岩石称为岩浆岩，也叫火成岩，常见的岩浆岩品种有花岗岩、橄榄岩、玄武岩、安山岩、流纹岩；由各种不同的沉积物所形成的岩石称为沉积岩，也叫水成岩，常见的沉积岩有砾岩、砂岩、粉砂岩、碳酸盐岩、碎屑岩；由于岩浆中沉积岩在高温或高压影响下，地球内部产生剧烈变化所生成的岩石称为变质岩，常见的变质岩有板岩类、千枚岩类、片岩类、片麻岩类、长英质粒岩类、石英岩类、斜长角闪岩类、麻粒岩类、铁镁质暗色岩类、榴辉岩类、大理岩类、矽卡岩类、角岩类、动力变质岩类、气液变质岩类、混合岩类等。

机制砂对混凝土性能的影响大多体现在：需水量高、对外加剂吸附性强使外加剂用量增加甚至失效、坚固性差、含软弱颗粒、含膨胀性粘土矿物、含氧化活性矿物（如黄铁矿、磁黄铁矿等）、含碱活性骨料、含泥土及杂质等方面。机制砂的这些特性直接影响混凝土的工作性能、力学性能和耐久性能。坚固性差、软弱颗粒多、膨胀性粘土矿物和活性矿物等对混凝土的影响甚至是致命的。

4.2 吸水性和对外加剂的吸附性

大多数岩石本身不是常年处在饱水状态环境中，加工成机制砂后，由于比表面积增大、颗粒存在加工裂缝，且或多或少存在粘土成分，因此机制砂的需水量相对于天然砂要高，同时对外加剂具有一定的吸附性，吸水率大的超过机制砂质量的 5%（相当于每方混凝土中砂的吸水量达到约 40kg），对外加剂吸附性大的能达到机制砂质量的 1.5%～2.0%（相当于每方混凝土中砂对外加剂的吸附量达到约 12～16kg）。

4.3 坚固性差和含软弱颗粒

岩石中的风化现象无处不在，只是风化程度不同而已。强风化的硬质岩，甚至未风化～微风化的页岩、泥岩、泥质砂岩等都存在坚固性差和含软弱颗粒多等现象，在硬化混凝土中这些软弱颗粒可能被雨水或潮湿空气溶蚀，留下缝隙孔洞，同时大量的软弱颗粒若富集一处，容易引起应力集中，严重时甚至导致结构失效。

4.4 膨胀性粘土矿物

如蒙脱石、斑脱石、高岭土等风化矿物成分，吸水后体积膨胀几倍到几十倍，使硬化混凝土胀裂、剥离、脱落，破坏混凝土结构。

4.5 黄铁矿、磁黄铁矿等活性矿物

两者都是铁的硫化物，当硫化铁暴露在水和氧气中时，常温下硫化铁不会氧化，但其中若含有不稳定态硫化亚铁［一般而言，对于天然黄铁矿，硫与铁在化合过程中有可能偏离理想状态，硫偏离理想状态的量（质量分数）通常在 1.93% 以下，相当于 FeS2 变为 FeS2-x，x≤0.07］，这种不稳定态硫化亚铁在有空气的潮湿环境中，会逐步氧化形成硫酸亚铁，二价铁具有强还原性，能被继续氧化形成硫酸铁矿物，在碱性环境中硫酸铁水解为氢氧化铁，在干燥环境下，氢氧化铁失水形成三氧化二铁（铁锈），体积膨胀。

若用含黄铁矿或磁黄铁矿（其中含不稳定态硫化亚铁）的母岩制作骨料，当水和空气（氧气）通过裂缝和孔洞进入混凝土中时，在混凝土的碱性环境中，骨料中的硫化亚铁就会被氧化，生成氢氧化铁，在环境干燥时，氢氧化铁失水形成三氧化二铁，体积膨胀 4 倍，使混凝土鼓包、爆裂、脱落，并在混凝土表面留下难看的色斑。硫化亚铁在混凝土中的氧化反应须满足四个条件：温度、湿度、空气、约束，当切断其中 1～2 个条件氧化反应终止。

5 .不适合做机制砂的岩石种类

按强度和硬度分类，是否适合做机制砂的岩石种类分别见表 1 和表 2。