陈家珑:关于我国建设用骨料的再思考

作者:北京建筑工程学院 陈家珑

　　编者按：混凝土骨料即建筑用砂石的质量约占混凝土质量的七成多，我国骨料质量问题仍是当前的主要问题。作为混凝土骨架材料，作者在下文中的有这样一段话：这种"开采和消耗自然资源的最大的产品，产用量居世界第一。我国重要矿产品名录中却没有它，也没有行业规划。各地也是临时应对，没有按工业产品认真管理，在全国各地工商企业产品名录登记中，关于骨料名称竟达65种。用一盘散沙形容建筑骨料生产行业非常形象"。作者提出这些问题的警示意义在于从落实节能减排、保证工程质量和人民生命安全方面考虑，希望也应该引起建设建材行业内外、管理统筹单位的足够重视。下文为作者发给本刊的新年专稿，现推荐给混凝土业界。

　　摘要：本文综述了我国骨料的生产应用和资源多样化的现状，分析了存在的问题并提出解决的建议，指出砂石骨料的质量问题仍是当前的主要问题，需从提高认识、加强规划、建立生产准入制度与大型生产企业及强化标准等方面着手解决。

　　关键词：骨料；混凝土；人工砂；

　　5年前，笔者曾写过一篇文章《我国混凝土骨料的现状与问题》，主要针对我国天然矿石资源短缺、乱采乱挖砂石现象屡禁不止、砂石质量完全失控的现象提出应提高对砂石重要性的认识，引导砂石行业成为保护环境、开发建设用地、充分利用废弃资源的主力军的想法。现在看来，在保护自然资源、生产人工骨料、利用废弃工业废弃资源上有了明显的进步，但骨料质量问题仍是当前的主要问题，质量是表面问题，根本原因仍在认识不足，需从提高认识和加强管理的方面着手解决。

　　一、一个被忽视但又离不开的行业

　　建设用骨料，建筑和水利业如此称谓，建材和交通业又称集料，实际上就是俗称的建筑用砂石。它主要用于工程基础、混凝土、砂浆和相应制品。近两年的每年用量测算高达90亿吨主要左右，是2001年的5倍（测算依据，砂石产量主要是根据水泥当年的产量再考虑配制成混凝土、砂浆或制品时水泥与砂石骨料的大体比例估算。2008年水泥产量为14亿吨，今年已达16亿吨，其中，出口不到3%，即平均年用量为14.5亿吨，按水泥比砂石1：6计算，砂石用量约为87亿吨，再加上路基用砂石料、沥青混凝土等所用砂石）。按平均价格20元/吨计算，直接年产值1800个亿，是开采和消耗自然资源的最大的产品，产用量居世界第一。混凝土骨料的质量约占整个混凝土质量的75%，是作为混凝土骨架的材料。因此，骨料的性质对混凝土的影响很大。特别是随着混凝土技术和应用的迅速发展、骨料资源的变化以及生产工艺的改变，其影响和作用越来越大。但是我国重要矿产品名录中却没有它，也没有行业规划。各地也是临时应对，没有按工业产品认真管理，在全国各地工商企业产品名录登记中，砂、沙、砂子、河砂、砂石料、沙子机碎石、建筑石开采等关于骨料名称竟达65种。用"一盘散沙"形容建筑骨料生产行业非常形象。然而，就是这样的一个产品，这样一个行业，却对贯彻建设资源节约型、环境友好型的可持续发展的国策有重要影响，对落实节能减排有重要意义，对保证工程质量和人民生命安全有重要的作用。

　　二、当前存在的问题

　　1.对骨料的重要性仍认识不足，缺少规划，骨料生产和质量落后导致后患无穷

　　由于传统的观念，人们对骨料的认识普遍存在着不足，认为骨料在混凝土中的作用只是填充，骨料质量无所谓，只要多加水泥就行。市场上，不管骨料来自何方，质量如何，只要有货供应即可。事实上，即使对普通混凝土，这种认识也是错误的。混凝土不仅要强度，还要施工性（和易性）和耐久性。骨料的性质对上述性能均有影响。骨料的强度、表面特征、清洁度、级配、颗粒形状、最大粒径、含泥量和泥块含量等会影响混凝土的强度。骨料的级配、粒型、吸水率、表面特征、黏土矿物含量等会影响混凝土的施工性。骨料的级配、孔隙率、孔结构、渗透性、饱和度、结构和构造、黏土矿物、弹性模量、热膨胀系数、硬度、有害物质等会影响混凝土的耐久性。

　　上世纪90年代后，全球混凝土的发展趋势是发展高性能混凝土（HPC），而HPC的发展必须有高质量的骨料。我国混凝土方面的专家把骨料的质量视为制约我国混凝土发展的关键。认为当前混凝土质量不好的主要原因是骨料质量太差。2008年北京市砂石市场抽检结果：砂子含泥量、含石量严重超标，骨料级配不合格现象普遍（砂：不合格为70%-100%，石：不合格为56%）。级配是骨料的最基本的材性，对混凝土的所有性质都有影响，也是人工生产中完全可以控制的指标，但这样的指标尚不能保障，砂石质量可见一斑。我国《混凝土结构耐久性设计规范》中规定，"为保证混凝土密实性和体积稳定性，应满足骨料级配和粒形的要求，并采用单粒级石子两级配或三级配投料"。目前，一些企业采用粗骨料三级配甚至四级配，把空隙率控制在38%左右，有的企业，细骨料采用两级配，合理的利用了采矿废物尾矿砂，生产的混凝土无论从质量还是经济上都取得了好结果。而宁波市一些工程因使用淡化海砂的氯离子超标造成钢筋锈蚀，建成一年多就无法使用，天津市某工程使用风化砂配C20的混凝土强度仅达到C10。

　　近两年，我国高性能混凝土需求量越来越大，特别是高铁和高速公路建设发展迅速，对混凝土的强度等级、施工性及耐久性都提出了很高的要求。然而，由于骨料生产受地域的限制，一些毫无骨料知识的农民纷纷包下山头，购买设备生产骨料，仍停留在几十年前的生产方式上，只不过设备有所改变。95%以上的生产厂没有试验室，《建筑用砂》、《建筑用卵石、碎石》国家标准中规定的出厂检验根本没有落实，要求提供合格证更是形同虚设。笔者曾经亲自考察过山西几个农民投资建厂，而其生产骨料的矿石风化严重，根本不适合生产建筑骨料。笔者还接到过砂生产企业负责人询问什么是粗砂、什么是中砂的电话。而这些还是守法的，非法采砂的质量就更无从谈起，而一些工程由于工期和成本的限制，一些其它因素的影响，很难保证这样的骨料就不会用在工程上。质量不合格的骨料对工程的危害不是当时就显现的，特别是其对耐久性的影响是长期渐变的，无疑给工程质量埋下隐患，"豆腐渣工程"由此产生。

　　对骨料重要性认识不足还表现没有规划和计划上。近几年，中央和各地政府越来越重视对自然资源和环境保护，纷纷出台对骨料开采的限制规定，但多是只限不疏或计划不全面与长远，而市场需要并未发生改变，结果是盗采盗挖泛滥，反倒加剧了对资源和环境的破坏。有关非法采砂的报导已是媒体陈旧但又不得不经常提起的题目。上网查"非法采砂"，有关报导从去年5月的178,000项又增至当前的245,000项。在河道挖砂影响了堤岸安全，河势稳定、防汛排洪、水路交通设施、鱼类生存环境；农田和古河道中挖砂形成毁坏了土地、砂石坑千疮百孔留下后患，曾多次发生过儿童在沙坑被淹致死的悲剧；城市山地石料开采，严重破坏了城市景观和绿色植被。另外，骨料在生产和运输过程中还造成对空气和环境的污染，同时，也浪费自然资源和造成税收大量流失。

　　2.资源的新变化使骨料面临更严格的要求

　　由于对自然资源的严格限制和人工砂标准的出台，5年来，我国人工砂发展迅猛，在大城市产用量已占70%以上。天然骨料多为水成，经过大自然的加工，产生过程和开采工艺基本一致，因此，其成分基本为硅质，粒型为球体、表面光滑、比表面积小，坚固性普遍合格，不同仅为级配与杂质。由于天然级配无法人为控制，又受成本和资源的限制，天然骨料除含泥量、氯离子含量等有害物质控制较严外，其它尽管不合格，在普通混凝土的使用中也不会产生很大的问题。而人工骨料因所用原料的矿物成分、结构和构造不同，加工机械与工艺不同，它的颗粒级配、粒形、石粉含量等会差别很大。比如，用专门设备生产的机制砂，其级配、细度模数均可做到优于天然砂，粒型完全可与天然砂媲美。而利用各种尾矿生产的颗粒级配多为两头大中间小，粒型呈三角体或方矩体，棱角尖锐，有的片状颗粒较多，细度模数在1.5~4.0之间，石灰岩砂多数偏粗，铁尾矿砂偏细，干法生产的人工砂含有10%以上的石粉等。但这还只是表面特征。由于矿物成分的不同，不同成分的人工砂对混凝土的影响也不同。笔者专门用小于75μm的石粉进行了试验，分别用不同成分的不同细度石粉、外加剂和水泥做水泥净浆流动度和砂浆流动度试验。发现石灰岩石粉吸水性能较低，掺在混凝土中能起减水作用，只要通过合理的配比设计，可替代部分水泥和掺和料，提高混凝土密实度及多方面性能，降低成本。北京某公司已进行了大量的工程实践并取得可以用特制石粉取代100kg/m³以上水泥与矿物掺和料好效果。但砂岩的石粉不但不减水，用水量反而要显著的增加，处理不当会影响混凝土的施工、强度及耐久性。另外，干法生产的人工骨料，与天然骨料有一个明显的区别，其"吸水饱和度"很低，配制混凝土的坍落度损失很大，给施工带来了麻烦，特别是再生骨料和大部分硅质人工骨料，这种现象非常明显。[Page]

　　在日益重视循环经济和节能减排的大环境下，各种工业废弃物都积极开发出路，面对年排数亿吨的各种尾矿、废石和废渣，骨料行业确实能在综合利用上发挥作用。这几年，有关废物做骨料的标准纷纷制定。仅今年一年，就有《混凝土用再生粗骨料》、《混凝土用再生细骨料》、《普通预拌砂浆用钢渣砂》、《泡沫混凝土砌块用钢渣》、《外墙外保温抹面和粘接用钢渣砂》、《混凝土多孔砖和路面砖用钢渣》、《道路用钢渣》等多项标准通过审查待批。这就对骨料的生产和使用提出了更高的要求。如果，还是不重视骨料质量，不认真执行标准，不仅不能利用好这些再生资源，反而会给工程带来危害。

　　三、解决骨料质量的若干建议

　　1.提高认识，加强规划

　　提高认识分两个方面，一方面要加强宣传教育，从思想上重视，另一方面，要采取切实可行的制度和措施保障。

　　加强规划是重要措施之一。由于历史和资源的原因，骨料是地域化很强的材料，主要由当地政府负责骨料的规划，但骨料的生产与使用涉及到水利、国土、环保、建设、建材等多个管理部门，以前是各管一面。现在，由于建材职能管理部门的撤消，消弱了对骨料的规划和管理，更应当由政府作出统一具体的规划。规划要坚决执行科学的发展观，做到骨料生产规划与城市总体规划相衔接，当前与长远相结合，产用兼顾，合理布局。根据各种资源的分布特点、市场对骨料的需求、城市绿化及城乡建设用地需要来确定禁采区、限采区与开发区。走开采、造地、绿化为一体的良性循环之路。有计划地改造利用山丘坡地、古旱河道开发骨料，增加土地复垦和建设用地，保护自然景观。

　　骨料是资源性产品，不能只靠市场调节。单纯市场调节的结果就是价格疯涨，盗采盗挖泛滥。规划一旦确定，就应该有相应的稳定性以吸引各种渠道的投资，特别是民间的投资。骨料生产企业的投资主体主要来自民间，有些地区，开采证一年或两年一办，时间太短。骨料开采的短期行为和不重视质量与政府政策的不确定性有很大的关系，很多企业并非不想作大做强，不想环保，而是怕政策一旦变化，大和长远的投入根本无法收回。政府的计划不周，往往会给社会增加成本，不少事例证明，开始收到的采砂承包款远远小于事后付出的治理费用。

　　骨料开采仅靠当地政府规划是不够的，北京市目前面临骨料短缺的事实说明，临时依靠邻近地区走市场调节还可以，从长远看，各地都要保护资源与环境，资源紧张是迟早的事。因此，国家也要有全面的规划。同时，骨料生产还涉及国土资源问题，国家应加强监管，对大量骨料资源的使用应由国家审批并协调各地区的产用关系。另外，还要通过必要的行政手段解决骨料统计渠道不通的问题，保证信息流畅与准确。

　　2.建立行业生产准入制度，建立稳定的大型生产企业

　　要提高骨料生产行业的素质，必须提高生产企业准入门槛。在多数地区，其它混凝土制品的生产都是有一定要求的，起码要有试验室，必要的质量控制设备和人员。骨料也是关系到工程结构安全的重要产品，然而，目前即使合法骨料生产企业也只要取得开采证就可以生产，没有其它准入条件，这种情况必须改变。骨料生产企业起码要按照产品标准中出厂检验要求的项目建立基本试验室，配备相应技术人员。否则，保证骨料质量永远是空谈。其次，要有一定的产能要求，我们应该像整治小水泥一样下决心整治小骨料生产企业，合理利用资源。第三，还要提出环保要求，笔者访问德国一家开采天然砂的骨料生产企业以为进了一个花园，满目青草绿树，根本见不到一点灰尘。最后，还要有治理恢复要求，通过开采骨料后还给社会依然应是青山绿水，外加建设或农业用地。要达到上述的目的，建立稳定的大型生产企业至关重要。

　　我国各地的建设都处于高潮期，骨料用量只增不降，因此，解决骨料问题不是权宜之计，一定要长远考虑。每个城市只有建立几个大型骨干企业才能保证骨料的产量与质量、稳定价格、保护环境、解决建设用地、消纳工业废物等，达到综合效益，在特大城市尤为重要。北京市通过利用铁矿、石灰石矿等矿山企业来生产骨料，年产骨料达2500多万吨，即处理了采矿过程中的废石和尾矿，又解决了1/4的骨料资源，且产品质量稳定、环保效果良好。我国香港也有很好的经验。香港政府按规划与骨料生产企业订立了长期和详细的合同，规定了采掘量、绿化及美化指标（植树、种灌木、种草、建山水渠）、矿场排水、排污及浮尘标准，企业15年后要将经綠化的石矿场将交回政府作住宅用途，真可谓一举多得。而且，企业也认真执行，可以做到与居民小区只相隔几百米而相安无事。

　　2.强化标准，严格执行

　　目前，国家有《建筑用砂》、《建筑用卵石、碎石》两项标准，各行业又都有各自的标准或规范。各行业的规范和标准多数是强制性的；构成混凝土的水泥、外加剂等产品标准也全是强制性的，唯独占主要比例起骨架作用的骨料仍然是推荐性标准。去年，国标委曾经下达了建筑用砂修订为强制性标准的计划，但由于社会对骨料重要性认识的不足，又改回推荐性。这就工程质量带来问题，就像2008年震惊中外的毒奶粉事件一样，问题表现为奶粉，实际出在奶源，控制建设骨料的质量就相当于控制奶源。要防止毒牛奶事件的重演，就必须从源头抓起，强化标准，并严格执行，上述无出厂检验和产品合格证的现象不能再熟视无睹。否则，将直接影响工程质量，涉及工程寿命和人身安全，威胁建筑、铁路、桥梁与水电设施的使用，影响节能减排、发展循环经济及保护资源与环境。

　　参考文献：陈家珑，方源兴，我国混凝土骨料的现状与问题，《建筑技术》，2005，34（10）：726-728

　　作者简介  陈家珑 ，男，北京建筑工程学院教授

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