我國人工砂生產與使用現狀
編者按據來自中國砂石 協會的信息表明，近年來我國砂石業整體保持穩定發展勢頭，天然砂石的開采、使用得到控制，人工（或機制）砂石逐步進入市場。人工砂應用市場的擴大也表明我國砂石業整體水平在提高。 自上個世紀90年代人工砂開始研究使用，至今不少地方已有了一定數量的專業人工砂生產線，但業者及相關企業常存有一些疑愿，希望得到解釋與指導。近年來，人工砂專家陳家瓏一直致力于這方面的研究，針對人工砂石業的問題提出了自己的觀點，他系統地回答了各地砂石業發展中出現的問題，同時提出了解決的途徑。前不久他著有“我國人工砂發展的若千問題探討”一文。我們將此文作了一些壓縮，分成了“我國人工砂生產與使用現狀”、“當前人工砂存在的問題與解決途徑”及“人工砂標準、研發與市場談”幾篇連載，提供給我國砂石業者及相關行業人士，敬請留意。 在2002年2月1日起實施的國標GB/T14684-2001《建筑用砂》中，首次增加了人工砂種類，確定了人工砂的定義、技術要求和檢驗方法，規定了凡經除土處理的機制砂、混合砂都統稱為人工砂。提出了混合砂要執行人工砂的技術標準和亞甲藍試驗方法，為解決河道挖砂的廢石處理找到了出路，為合理利用石粉打下了技術基礎，同時，保證了 人工砂的質量。這為人工砂的發展開創了新的局面。 在已有的工程實踐中，用人工砂已配制出了從C10～C70的普通混凝土和 泵送混凝土， 泵送最大高度達400米；配制出跨度達64米的預應力混凝土粱。在試驗室設計強度Cl00的人工砂混凝土90天實際強度達到155兆帕。人工砂已開始應用在混凝土結構、砂漿和制品中，上海最高的建筑經貿大廈使用的就是人工砂混凝土。 但是，如同其他新事物一樣，人工砂目前的發展極不平衡，仍有很大的阻力。這里的原因是多方面的，有人們認識的原因，有人工砂企業自身的原因，有技術限制的原因，有宣傳不足的原因，有行業習慣的原因，有標準不協調的原因，有管理的原因，但根本還是資源的原因。 以北京為例，近幾年每年建設用砂石均在6400萬噸左右。過去，主要以天然砂石為主。隨著對環境保護的越來越重視和舉辦綠色奧運的行動床現，北京市政府于2001 年開始逐步關停了北京市范圍內的砂石場，并于2003年5月底全部完成。由于天然砂資源徹底取消，人工砂才得以迅速發展。目前，北京市除盜采的是天然砂外，其余多數是人工砂。其中，采自本市礦山的砂石約2000萬噸，周邊約4500萬噸。 事實上，早在19％年，北京建筑工程學院與北京市城建一公司合作，就在甘家口危改小 區4號樓住宅工程上應用了三河的石屑人工砂；北京市建工集團三建也曾把三河的石屑人工砂應用在森德散熱器廠工業建筑和其他道橋等工程上，使用面積近萬平方米，不僅在當時取得了良好的經濟效益，而且，目前工程質量良好。但為什么一直沒有推廣開，主要阻力來自習慣勢力的影響，源自對人工砂的認識不正確和沒有標準，人工砂由于其顆粒級配、粒形和顏色都與天然砂有明顯的不同，大多數的使用單位還不接受人工砂，只要有天然砂存在，人們還是習慣用天然砂。
目前國內人工砂生產主要有3種形式，一種是開礦產石的同時專門生產人工砂，這多屬于大型企業（即年產砂石100萬噸以上），質量較好，數量有幾百家；一種是在河道里用卵石生產機制砂，或配以少量天然砂生產混合砂，這多屬于中型企業（即年產砂石50萬噸左右），質量有好有差，差別較大，數量也在幾百家左右；再一種是利用各種尾礦生產的，其中主要是各地生產石灰石碎石后的石屑或石粉，經過簡單再加工和篩分，或直接利用，這多屬于小型企業（即年產砂石30萬噸以下，甚至幾萬噸），質量有好有差，差別很大，數量達近萬家。
在使用行業的分布上，以水電行業對人工砂的生產和使用最為成熟，但要求也相對高一些，基本是自產自用，多為
大中型生產線，我國最大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。交通公路、鐵路和建筑則處于起步階段，產品由社會提供，大中小型生產線都有。在地域分布上，除貴州省和香港人工砂的生產與應用已完全普及外，人工砂的生產與使用多集中在特大和大城市及其周邊地區。如北京、上海、天津、重慶均為使用核心，以其周邊地區為生產區。北京、上海、重慶都已出臺人工砂應用技術規程地方標準，天津也正在制定。以上海為例，浙江的湖州地區已成為上海主要的砂石骨料的供應基地，據不完全統計，該地區共有砂石生產企業200多家，總產量在5000萬噸以上，其中，年產200噸以上的企業已有十幾家，最大達500萬噸。由于砂石生產的連帶性和考慮到人工砂的生產成本，人工砂的產量一般在砂石總產量的20%-40%之間浮動，也有部分達50%-80%，個別達100%的情況。 目前建筑業在人工砂的使用上又分以下幾種情況： 國標允許使用人工砂了，但大多數的人還是容易接受由鵝卵石破碎的機制砂或與天然砂混用的人工砂（即混合砂），這是因為這樣的人工砂外觀與天然砂無明顯差別，多數人還認為就是天然砂，使用上按天然砂控制，推廣較容易，但由于在配制混凝土時還按天然砂的方法設計，沒有抓住人工砂的特點，多數混凝土 攪拌站也未能感到人工砂的優點。 使用由石灰巖類（包括其尾礦）生產的人工砂就比較困難，因為，其外觀與天然砂明顯不同，特別是干法生產原狀人工砂（只要石粉含量在10%左右時）看上去就像都是石頭粉（或土）一樣，使人心生疑慮，不敢使用。實際上，如果檢測一下，石粉含量并不很高，只要大膽正確使用，就能取得很好的效果。但就是由于傳統的習慣，此種人工砂目前推廣不暢，有時，施工應用部門愿用，但監理和甲方卻不允許。為了迎合用戶的習慣，有些人工砂生產廠把干法生產原狀人工砂再洗一遍，這樣的人工砂看上去是比天然細砂好多了，但這一洗，使人工砂的級配變化了，人工砂中有利的石粉洗走了，只剩下了人工砂的缺陷，造成配制的混凝土易性差，特別在低標號或低水泥用量混凝土中表現非常明顯，給人工砂的推廣應用帶來阻力。同時，又造成資源的浪費和寶貴的水源消耗，增加了新的污染。針對這種人工砂混凝土易性差的問題，有些企業摻人一些天然細砂混用，如果摻入的比例合適，混后的砂級配合理，配制出的混凝土比天然砂要強一些，但實際上在低強度等級混凝土和砂漿的配制上，仍不如用不洗的人工砂，既成本低，又效果好。在這方面，各地都有一些成熟的經驗和應用，只是尚不普遍。這里，洗走石粉還有一個標準不協調的原因。因為，建筑業執行的是行業標準JGJ52-92《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》，該標準目前尚在修訂中，還沒有人工砂的類別，含泥量（即小于75μm特細顆粒，石粉也是小于75μm的顆粒）只能按5%以下控制，為了達到這個要求，企業不得已而為之。 而有些自己有混凝土 攪拌站的人工砂生產企業，積極探索人工砂的使用，就取得了很好的效果。例如，北京恒坤混凝土有限公司和北京恒坤拓峰采石有限公司采用干法生產石灰石機制人工砂，在一年多的時間里累計生產商品混凝土40多萬方，多數使用純人工砂，石粉含量應用范圍達8％-15％，應用于各種工程，取得了很好的效益。 首鋼遷安礦山公司領導對尾礦人工砂應用高度重視，以深人的研究和科學的數據為依據，從解決人們的認識問題人手，以樣板工程為說服力，推動了尾礦人工砂的應用，目前，其年產約150萬噸的尾礦人工砂石已全部應用于其改造工程中。 云]向家壩水電站建成世界最大人工砂石系統
按下系統啟動按鈕，源源不斷的砂石料沿世界上最長的骨料輸送線，以４米／秒的速度從３０公里外的大灣口白巖山直瀉而下，穿９座隧洞，越重重高山，直達金沙江右岸的馬延坡成品加工系統。６月２８日，由中國水電八局承建的向家壩水電站人工砂石系統建成投產，這是目前世界上最大的人工砂石系統。
向家壩水電站裝機容量６００萬千瓦，是國內第三大水電站。向家壩人工砂石料加工系統總投資１０．２４億元，占地面積２１０萬平方米，是向家壩水電站工程所需人工砂石骨料的供應基地，這一“大壩糧倉”建成投產后，將為向家壩水電站輸送２６８０萬噸人工砂石成品骨料。系統毛料儲量１５８６萬立方米，月高峰開采強度４２萬立方米，其生產能力超過世界最大的三峽下岸溪人工砂石料系統，再次刷新世界記錄；系統采用長距離帶式輸送機輸送半成品骨料，線路總長３１．０６７公里，隧洞總長２９．３０７公里，輸送速度４米／秒，輸送能力３０００噸／小時，是目前世界上最長的人工砂石骨料輸送線；系統建設了８個巨型半成品、成品料倉，其中３號半成品料倉蓄存方量４５萬立方米，為國內最大的人工砂石骨料倉。系統整個建安期只用了１３個月，單項高峰月開挖強度３０萬立方米，月混凝土澆筑１．２萬立方米，啟用各種大型設備安裝數百臺（套），其工期在國內和世界同類型人工砂石系統建設中最短；系統投資１５６８萬元建成壩高４０米、庫容２００萬立方米的尾渣壩，用管道將生產廢水、廢碴全部輸送到尾渣壩進行環保處理，水回收率達到８０％，做到廢水零排放，在全國水電站建設中獨一無二。
向家壩砂石工程規模異常龐大，其工程技術要求高，施工難度大。水電八局在施工中勇于創新、科學管理、精心組織，成功克服重重困難，在滔滔金沙江畔筑起了宏偉的“砂石王國”。向家壩水電站因周圍基礎巖石有明顯的堿活性反應，不能滿足大壩澆筑的要求，水電八局創新性地在距電站壩址５９公里的綏江縣選擇料場，并通過長達３１．０６７公里的輸送線傳輸，每天通過輸送線穿山越嶺輸送的砂石運量，相當于每隔一小時向壩址發一列５０節的火車。
國內首創的綠色環保型人工砂石骨料加工系統2006年7月15日在德宏州成功啟動運行，大型骨干水電站--這種半干式砂石人工砂石骨料加工技術是由中國水利水電第九工程局砂石分局研制成功的。中國水利水電第九工程局是國家建設項目部認定的建筑施工總承包一級企業，是國務院惟一授予的全國水電系統"大慶式企業"稱號的實力型企業。 --弄另電站成為第一批受惠的工程。
隨著改革開放的深入發展，砂石業同其它建材行業一樣發展很快。我國砂石年產量由改革前6億多噸增加到15億噸，其中，砂約6億噸。目前我國大多數地區應用的砂是天然砂，隨著基本建設的日益發展，在我國不少地區出現天然砂資源逐步減少、甚至無天然砂的情況，混凝土用砂供需矛盾尤為突出，而砂的價格越來越高，影響了工程建設的進展。
在經濟利益的驅使下，在我國很多地區都出現了亂采亂挖天然砂的情況，毀田挖砂、破壞河道挖砂的情況比目皆是。另外，由于天然砂的無序生產，在生產、貯存、和運輸過程中造成了對空氣和環境的污染，使國務院和各地人民政府不得不禁采或限采天然砂。
而在金屬礦和非金屬礦的開礦和加工過程中伴隨產生的約20%的尾礦，并沒有合理利用。如果經過適當分選與加工，不少尾礦就可以制成人工砂，既解決了環境污染問題，又提高了資源利用率，形成綜合效益。
所謂的人工砂是指，凡經除土處理的機制砂、混合砂都統稱為人工砂。具體機制砂的定義是：由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm的巖石顆粒，但不包括軟質巖、風化巖石的顆粒。 混合砂的定義是：由機制砂和天然砂混合制成的砂。這里，混合砂沒有規定混合比例，只要求能滿足混凝土各項性能的需要。但必須指出，一旦使用混合砂，無論天然砂的比例占多大，都應當執行人工砂的技術要求和檢驗方法。
機制砂的自身主要特點是：目前基本為中粗砂，細度模數在2.6-3.6之間，顆粒級配穩定、可調，含有一定量的石粉，除150μm的篩余有所增加外，其余篩余均能滿足標準天然砂1區、2區要求，粒型多呈三角體或方矩體，表面粗糙，棱角尖銳。但由于全國各地機制砂的生產礦源的不同、生產加工機制砂的設備和工藝不同，生產出機制砂粒型和級配可能會有很大的區別，比如，有些機制砂片狀顆粒較多，有些機制砂的顆粒級配為兩頭大中間小，但只要能滿足國標中對人工砂的全部技術指標，就可以在混凝土和砂漿中使用。達不到國標人工砂技術要求的，不能遷就使用，因為機制砂的粒型和級配都是可以調整和改進的，在這一點上，人工砂于天然砂有著本質的區別�；旌仙半S機制砂的摻入比例而降低其上述特點。
由人工砂本身的特點所決定，與條件相同天然砂相比，在配比設計、其它材料、成型養護條件都相同的情況下，用人工砂配置出混凝土的特點是：塌落度減小，混凝土28d標準強度提高；如保持塌落度不變，則需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比變大后，一般情況下，混凝土實測強度并不降低。按天然砂的規律進行混凝土配比設計，人工砂的需水量大，和易性稍差，易產生泌水，特別在水泥用量少的低強度等級混凝土中表現明顯；而如果根據人工砂的特點進行混凝土配比設計，通過合理利用人工砂中的石粉、調整人工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比設計規程的配比設計方法完全適用于人工砂。最適合配制混凝土的人工砂細度模數為2.6-3.0，級配為2區。人工砂在配制填加外加劑的混凝土時，對外加劑的反應比天然砂敏感。人工砂配制的高強度泵送混凝土在泵送過程中不易堵泵。正確使用人工砂的混凝土密實度大、抗滲、抗凍性能好，其它物理力學性能和長期耐久性均能達到設計使用要求。人工砂特別適于配制高強度等級混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
從20世紀60年代起，因為一些建設工程的環境條件所限，我國水電、建筑部門就開始用當地石材進行機制砂的生產工藝、技術性能和應用于混凝土和砂漿的研究，并開始在工程上使用。從70年代起，我國貴州省已在建筑上大規模使用機制山砂，并制定了地方標準。90年代以來，北京、天津、上海、重慶、廣東、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生產線，進行過人工砂的使用研究。幾十年大量的工程實踐，證明了使用人工砂在經濟上是合理的，技術上是成熟的。國外，美、英、日等工業發達國家使用人工砂也有幾十年的歷史，將人工砂納入其國家標準的時間至少30年以上。 國內工藝成熟的人工砂生產線已有多條，生產人工砂的設備與技術完全具備，國內、外有不同的品牌、型號的制砂設備可供選擇。目前，我國最大的三峽工程、黃河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程實踐中，人工砂配制出了從C10-C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度達400m；配制出跨度達64m的予應力混凝土粱。在試驗室設計強度C100的混凝土90天實際強度達到155Mpa。此外，人工砂可以廣泛應用在混凝土、砂漿和制品中。
與此同時，還應注意人工砂的使用過程中出現的問題。比如說正確認識和利用石粉，人工砂的質量控制以及對使用者的管理等問題。只有這樣，才能使建筑用砂質量得到有效的保障和提高，工程質量也就進一步得到保證和落實，使人工砂的生產和使用一開始就有高起點，以帶動整個砂石行業?
對于建筑行業，砂是必不可少的重要的材料。建筑要是繼續，就要解決河砂量急速減少的狀況，人們必須要另外的尋找出路，那就是我們要發現人工制砂。人工砂的使用已經有數十年的歷史了，人工砂對于搞建筑的企業而言仍然是一個比較新鮮的話題。據有關部門的估計，我國建筑每年用砂需要6億噸左右。目前我國大多數的地區應用的是天然砂，天然砂資源是一種地方的資源、是短時間內不可再生和需要長距離運輸的，為了環境保護的需要還有基本建設的日益發展，我國很多地區對于天然砂的使用大大地減少了，砂的質量在下降、而且很多都是不讓亂挖河砂，限制了天然砂的開采，混凝土用砂的需求也比較大，所以就產生了很大的矛盾。而且砂的價格也越來越高，用砂高峰時都沒有砂可用，影響了建設建筑的進展�；炷良夹g在不斷的發展，現代混凝土對砂的質量要求的也越來越高，特別是高輕度登記和高性能混凝土對骨料的要求很嚴，天然砂能滿足要求的悅來越少，甚至沒有。因此，發展新的砂源是非常重要的，我們只有開發人工制砂。同時，我國有大量的金屬礦和非金屬礦，在采礦和加工的過程中會產生很多的尾礦，有相當一部分尾礦沒有得到合理的利用，導致資源的浪費，還占用土地，結果造成環境的污染，而如果經過適當的篩分和加工，不少尾礦就可以制成人工砂，即解決了砂，提高了資源利用率，也起到了保護環境的作用，形成了綜合的效益。據有關報到，我國的香港在人工砂使用方面有著悠久的歷史，內地的很多城市也因為天然砂的短缺和一些其他的原因也有不少使用人工砂的成功的經驗，同時美國、德國等不少發達的國家，處于對自然資源的保護或者有其他的原因，也對人工砂的使用有了一些經驗。如德國，不僅將人工砂較早地應用于建筑，同時也開發出用人工砂制成的建筑工程。我國香港河砂的儲藏量比較少，一直都是廣東和東莞給提供，在使用方面非常的收限制，而且河砂質量的不同也影響了建筑工程的質量。因此我們也較早的開展了對人工砂的應用的研究和使用，加上我國內地一些地區對于河砂的缺乏，也積累了人工砂應用的實際經驗。
無論是國內還是國外，對于人工砂的應用都有十分成功的經驗，這就證明，人工砂的應用是一條可行之路。人工砂的大量出現和應用，最主要的是減少對河道因采砂而造成的破壞，有效地保護了環境。還有一方面根據就是可以利用尾礦和其它的廢品做人工制砂的原料。我們可以知道，人工砂的的應用并沒有增加成本，而是在利用有效的資源，成本最小化，質量也比天然砂有保障。目前人工砂逐漸廣泛的使用，人工砂的設備也達到了一定的水平，現在國內國外都是用人工砂做建筑的原料，我國也有很多的人工砂企業正在運行之中。根據現在的情況可以看出，人工砂肯定會在我國廣泛地進入建筑領域。 |
