再谈机制砂的石粉等课题

编辑部：

拜读了贵刊记者张红从去年8月银川、济南到今年重庆、厦门报道的“机制砂与石粉应用技术万里行”活动，十分高兴，愿为万里行活动也多说一些话，期望有助于顺风壮行。

（1）石粉、矿粉、工业尾渣粉、矿物掺和料等等，都是常用的说法，它们都是水泥和混凝土常见的组分，严格说它们都是属于功能性组分，也就是说都是活性的细粉材料，即不只是惰性的填充物。

（2）水泥孰料在粉磨时常掺入高炉水淬矿渣粉或粉煤灰等以及适量的石膏粉，目的在于确保水泥的一定强度和水泥施工作业时的合理流动可塑性（凝结时间和塌落度经时损失度）。

（3）混凝土传统上是水泥、砂、石和水4个组成分，近年来矿粉（粉煤灰、硅灰、沸石粉及各种工业尾渣粉等）和各种外加剂也成为混凝土不可或缺的第5和第6组分，这是由于混凝土技术进步和工程实际需要不断变化的结果。

采用各种化学外加剂主要目的在于改进混凝土的凝固过程的诸多性能以满足施工作业对混凝土流动可塑性的要求（高效减水剂、缓凝剂、速凝剂、防冻剂等）。

（4）近年人们逐步了解到：当水泥水化形成水化硅酸钙（强度的主要来源）后，还伴生有一定量的Ca(OH)2，在混凝土中掺入一定量的矿粉的目的就在于促使矿粉中的SiO2与Ca(OH)2及时生成二次水化硅酸钙以进一步增进混凝土的强度，同时削弱Ca(OH)2硬化结晶的膨胀压力，以降低混凝土硬化后的开裂几率。为此矿粉中的SiO2的含量至关重要，是其活性的基础（SiO2的含量通常是：高炉矿渣粉30%～40%、粉煤灰50%～60%、沸石粉70～80%、硅灰85%～95%而石灰岩粉通常是＜4%～5%）。

（5）水泥煅烧总是需要一定量的硅组分，通常是配以一定比率的粘土（粘土通常的SiO2含量＞50%～60%）。水泥熟料中的硅已形成为硅酸钙的组成分（C3S、C2S等），已不再是粘土形态。但是众所周知，混凝土的主要组分砂石中的粘土却是十分有害的成分，这是由于天然的粘土（风化岩石残迹粘土和次生沉积粘土）颗粒一般细小到0.005mm，通常十分松软，而吸水量高达50%～60%，砂石中如混入了粘土，在混凝土加水搅拌时，粘土就会吸收大量的水，在混凝土塑化状态时占据一定的空间，而当混凝土逐步硬化时，粘土吸附的水又会被混凝土的水化养护用水所夺去，于是脱水的粘土为核心，在混凝土中形成众多的弱化的包裹体，从而削弱混凝土的致密度和强度。为此砂石标准设立了亚甲蓝法以鉴定和限制粘土的含量是十分必要的。但亚甲蓝法并没有解决去除砂石中的粘土的方法问题。

（6）通常在河道中采掘砂砾石总会混有不少沉积粘土，而用爆破法采掘岩体再破碎筛分制得碎石和机械砂，由于岩体的垂直节理中总会保留有一些风化的残迹粘土（如石灰岩体中的红粘土和长石岩体中的高岭石粘土），在开采前的剥离作业中很难彻底清除干净，于是炮爆后混入的粘土与破碎岩体一起进入破碎筛分流程，也就混入了最终的成品砂石中了，成为了多年的老大难课题。

（7）1958年～1959年期间，北京兴建国庆十大工程需要大量优质干净的混凝土用砂石。在上马大型机械采掘和破碎筛分系列设备时，采用了喷水筛洗的工艺流程(原北京八宝山砂石厂和龙凤山砂石厂)。水洗工艺保证了砂石的高质量，石子的含泥量到＜1%，砂子的含泥量到＜1.5%，远低于技术限制的期望值。（其后我国《建筑砂石》（GB14684-1993）规定的石子含泥量为1.5%，砂子含泥量为3%）。

（8）水洗去除了砂石的泥土也洗去了有用的石粉，十分可惜。能不能先洗去泥土再破碎筛分呢？即先预筛去干的泥土再用强力喷水冲刷泥土后取得净化了的原石再破碎筛分的流程，这样是否可以大体上将破碎中伴生的有用石粉保留下来呢？

总之是否“水洗”可能已成为当今面临的新课题。应该看到水洗工艺不只是砂石质量的保证，也应该是砂石绿色生产环境改进的切入点。砂石生产流程的粉尘治理也已经是当今不容再漠视的重大课题。

（9）如何解决水源难题呢？通常在河道开采砂石，时常地面有水或地面下有潜水，钻浅井取水不会太困难。而在山区采石取水会有诸多麻烦，这就要求在选择采石地域时也要兼顾水源地的可行性。在过去冲洗砂石的用水总是采取一套循环系统，即回收洗泥水到专设的沉淀池，澄清了的水再泵送循环使用，只需定期补充少量的水即可（实际消耗掉的水量只是砂石生产总量的15%～20%而已），总耗水量还是可控的，水池中沉淀下来的泥砂定期清除就可以了。

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李亚铃

E-mail：lysail@126.com

再谈机制砂的石粉等课题

李亚铃

水泥和混凝土中都能见到石粉组分（石粉也称为矿粉、矿物掺和料、矿物外加剂或工业尾渣粉）。人们谈到矿粉的活性时是指其含有的SiO2成分，其实这是相对于水泥水化伴生的Ca(OH)2来说的，如果没有Ca(OH)2或者SiO2过多，超过了Ca(OH)2的实际配比量，即没有那么多的Ca(OH)2可以同SiO2结合生成有用的二次水化硅酸钙时，则多余的SiO2只能起到混凝土的填充作用，而不再有活化的价值了。通常人们希望把尽量多的矿粉用到混凝土中去（比如矿粉用量超过了水泥实际用量的30%，甚至50%以上），但混凝土的早期强度会增长很慢（有碍按时拆模），而且28天后的强度也会有所下降，难以达到设计预期值。所谓过犹不及也是对人们的惩罚。

对砂石生产者来说，尽量将石粉掺入到机制砂中肯定会增加砂的产量、产值和相应的利润。但要十分小心，当混有石粉的机制砂送到使用方（工地配制混凝土或预制混凝土站和预制混凝土构件厂），在试配混凝土时发现不得不另加额外的水泥和减水外加剂才能确保混凝土的预期设计强度，则会立马考虑是否另选用含石粉较少的机制砂厂家。从边际效应上计算，如果每立方米混凝土多用的额外水泥和减水剂的价值超过所用机制砂所含石粉增收的价值时，则从社会边际总效益上说也是不合算和不合理的。用方既多付了砂子的石粉钱，又多付了额外水泥和减水剂的钱，而砂石厂只是多收了仅有的石粉钱。正如俗话说的“省了鞋，费了袜子”，时常指的是“聪明”的笨人的一个笑话。

北京地铁盾构开挖采用的混凝土预制装配管片，强度要求高，耐久性也要求苛刻，而现时生产的砂由于含土量大不能使用，不得不另定特别标准，再由认证合格的砂石厂生产专供，应引为行业之戒。应该说，水泥、砂石、矿粉和外加剂都是中间产品而不是使用的最终产品，混凝土的性能和成本要符合工程的设计总要求，这应该是各种建材产品生产者考虑的重要前提。

美国混凝土协会（ACI）是美国知名的高权威性的专门行业组织，以混凝土作为提供给用户的最终产品而对水泥、砂石、化学外加剂、矿物外加剂（粉煤灰、高炉矿渣粉、硅灰等）中间产品进行全面系统管理，包括生产规划、制品与工艺的研究与开发、产品标准与工艺规范的制定和解释与修订、生产与销售的指导与监督以至行业内的有序竞争与人员培训等。在美国混凝土行业内的各个企业都能自觉听从混凝土协会的指导，协同一心工作以征得社会的认可，多年来也促进了混凝土行业的全面健康发展。这些经验值得我们认真思考借鉴。

我国混凝土行业的现实是多头领导，对混凝土搅拌站和预制混凝土构件厂的要求，砂石厂与外加剂厂很难听得进去，水泥厂历来以大哥大自居更不愿意听，比如多年来砂石的颗粒级配与含泥量、矿粉的细度与活性氧化钙含量、减水剂的碱含量、水泥的活性氧化钙含量和掺和料含量与品类以及助磨剂含量与品类等等困扰的难题，使得混凝土的出机流动度和预期强度常常失控，不得不额外多加水泥和外加剂，混凝土的成本白白增加，社会效益劣化，也难以再讲绿化混凝土产业了！

国家标准《建筑用砂》（GB/T14684-2011）、《建设用卵石、碎石》（GB/T14685-2011）和《混凝土砂石使用规范》（JG/J52-53）从上世纪90年代初制定颁行，历经本世纪初修订再到近年2次修订，经验教训沉重，当今如何全面认真贯彻施行，任重道远。衷心希望业内人士在有关方面领导下切实做一些艰苦工作，按照国家的规划做强混凝土行业。