北京的香山方圓160公頃，最高峰海拔557米，體積約4.5億m2，假定都是巖石，則約有6.8億噸。2009年我國水泥產(chǎn)量約16億噸，約消耗砂石100億噸∕年。一年消耗掉的砂石就約相當(dāng)于14.7座香山的體積！離北京最近的河北省三河縣的石料場，和10幾年前相比，已不見了好幾座山頭。近年來混凝土用砂石資源已經(jīng)十分緊張，尤其是天然砂的無節(jié)制開采已威脅到我們環(huán)境的生態(tài)平衡，國家對河砂開采的控管是非常英明正確。雖然可以使用人工砂，但是那也需要消耗天然巖石資源。天然資源不可再生，必須“省吃儉用”才能維持長久。

1.2 認(rèn)為砂石生產(chǎn)技術(shù)簡單，因而門檻低，有錢誰都能生產(chǎn)

砂石生產(chǎn)并非高科技，正因生產(chǎn)工藝簡單，才能成為用量巨大的產(chǎn)品。但也必須生產(chǎn)出符合工程要求的合格砂石。首先，為用戶服務(wù)業(yè)，就必須了解用戶的需要。砂石的生產(chǎn)者必須具備混凝土基本知識，了解和清楚砂石在混凝土中的作用和影響，以便按用戶需要生產(chǎn)，并且能夠培訓(xùn)顧客，指導(dǎo)顧客正確地選用；不同的巖石具有不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，砂石生產(chǎn)者還須具備一定的礦物巖石學(xué)知識，以便正確選擇料源和加工工藝。例如由表1和表2可見巖石有不同吸水率和混凝土的線脹系數(shù)，會影響混凝土的施工和變形。例如，如果使用砂巖石子，就要比用石灰?guī)r石子多用8kg/m³的水，水膠比必須保持不變，水泥也就相應(yīng)增多。

不同巖石有不同的熱脹系數(shù)（表2）[1]，則在相同條件下會使混凝土有不同的熱脹系數(shù)，也就是說混凝土在冷熱變化、干濕交替環(huán)境下會有不同的變形性質(zhì)，以致影響其耐久性。

不同的吸水率(表1)不僅影響混凝土的變形性質(zhì)，而且還有可能影響混凝土的抗凍性。由于不重視巖石礦物學(xué)的基本知識，工程中出現(xiàn)問題往往很少考慮骨料是否會有什么影響，其實(shí)有時(shí)有可能和骨料有關(guān)，例如混凝土路面發(fā)生的D-開裂（圖1）[2]。D-開裂是因開裂的形狀像英文字母D的右半邊（圖1），是因混凝土中飽水的石灰?guī)r骨料受凍融循環(huán)作用脹裂（圖2）[2]而引發(fā)的。

有一點(diǎn)巖石礦物學(xué)常識的人都會知道巖石大多由礦物組成，受力后可沿晶面斷開呈現(xiàn)平整或光滑的表面，稱作解理。中等解理（解理清楚）或解理完全的巖石（例如石灰?guī)r），在使用顎式破碎機(jī)破碎時(shí)，會因解理而造成針、片狀顆粒，增大混凝土拌和物的需水量。顎式破碎機(jī)價(jià)格低廉，目前國內(nèi)大多數(shù)作坊式的采石場仍然都在使用。

圖3 為某工程抽檢的芯樣，由于骨料粒形和級配很差，砂子含泥量很大，必須使用較大量的水泥漿（水泥+水）和減水劑才能保證拌和物有足夠的流動性，結(jié)果造成拌和物的離析、泌漿，澆筑后嚴(yán)重不均勻。對這種結(jié)果，砂石供應(yīng)商既不知道，也不關(guān)心。

因此，并不是任何人都能生產(chǎn)合格的砂石，不懂混凝土，不懂巖石學(xué)和礦物學(xué)，只會無謂地消耗本該給子孫后代留一點(diǎn)的資源，而且還不斷地為他們制造建筑垃圾。

2砂石和混凝土質(zhì)量的關(guān)系

我國在傳統(tǒng)上把砂石稱作混凝土的骨料，是因?yàn)閹r石強(qiáng)度很高，對混凝土強(qiáng)度起很大作用，于是對砂石的選擇主要看重強(qiáng)度，有解理的巖石，破碎的顆粒越小，針片狀顆粒越多，致使公稱粒徑5mm～10 mm的顆粒需水量很大，其結(jié)果，名義上的“連續(xù)級配”實(shí)際上其中5 mm～10 mm的顆粒幾乎沒有。由此也可以說，造成石子現(xiàn)狀也是用戶誤導(dǎo)的結(jié)果。雙方對砂石在混凝土中的作用的理解都有誤。

2.1骨料和混凝土強(qiáng)度的關(guān)系

過去，在主要使用塑性混凝土的情況下砂石強(qiáng)度確實(shí)會不同程度的影響混凝土的強(qiáng)度；上世紀(jì)50年代末我國曾經(jīng)有構(gòu)件廠使用過干硬性混凝土，水灰比低、漿體含量少，拌和物沒有坍落度，用V-B稠度儀檢測時(shí)，工作度為20秒以上，只能用于預(yù)制構(gòu)件，在高頻振動臺上加壓強(qiáng)力振搗，工人勞動強(qiáng)度大，噪聲震耳，而且能耗很大，不久就不再生產(chǎn)了。這樣的混凝土強(qiáng)度取決于石子強(qiáng)度和漿體-石子界面的粘接強(qiáng)度，石子對混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)顯而易見。當(dāng)時(shí)，一般使用低塑性混凝土(坍落度10 mm～30mm)和塑性混凝土(坍落度30 mm～50 mm、50 mm～70mm、90 mm～90mm)；上世紀(jì)初開始使用流態(tài)混凝土（坍落度100mm以上）；石子對混凝土強(qiáng)度的作用隨漿骨比的增大而減小。在泵送混凝(坍落度150mm以上，當(dāng)前普遍都超過200mm)，石子在混凝土中呈懸浮狀態(tài)，混凝土的強(qiáng)度基本上與骨料強(qiáng)度無關(guān) ?，F(xiàn)在用顆粒強(qiáng)度很低的輕骨料(陶粒)已配制出高強(qiáng)(C50以上)泵送混凝土就是明證。在現(xiàn)代混凝土中，砂石在混凝土中的作用主要不是強(qiáng)度，但卻是不可沒有的關(guān)鍵角色。

然而，當(dāng)水膠比一定時(shí)，砂石用量和粒徑影響混凝土中界面過渡區(qū)的厚度和數(shù)量，因此對混凝土的強(qiáng)度有影響。圖4[3]表明，當(dāng)水膠比很大時(shí)，石子粒徑對強(qiáng)度的影響不顯著，水膠比越低，影響越大。水膠比一定時(shí)，凈漿強(qiáng)度高于砂漿強(qiáng)度，砂漿強(qiáng)度高于混凝土強(qiáng)度。

2.2 砂石在混凝土中的骨架作用主要是穩(wěn)定體積

大多數(shù)混凝土用的普通巖石線脹系數(shù)為5×10-6～13×10-6/℃，而硬化硅酸鹽水泥凈漿線脹系數(shù)為11 ×10-6～20×10-6/℃，二者相差約1倍。如果沒有骨料，水泥凈漿硬化后會產(chǎn)生很大的收縮，稍有約束，就會嚴(yán)重開裂。

混凝土的收縮Sc與水泥凈漿收縮Sp之比取決于骨料含量a:  Sc= Sp(1-a )n （ n為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，變動于1.2～1.7，與骨料彈性模量有關(guān) ）。由圖5[3]可見，混凝土水灰比越大，骨料用量對混凝土收縮的影響越大。在圖6[4]中可見，對混凝土塑性收縮影響的規(guī)律也是凈漿＞砂漿＞混凝土，而混凝土水泥用量越大（骨料越少）影響越大。骨料對混凝土自收縮影響的規(guī)律也如此(見圖7)[4 ]。

2.3骨料粒徑和粒形對混凝土其他性能的影響

2.3.1 粒徑的影響

圖8[3]和圖9[4]為骨料粒徑與混凝土滲透性和抗凍性的關(guān)系。由圖8可見，骨料水灰比越大，骨料粒徑對混凝土滲透性的越大，砂漿的這種影響最??；圖9表明骨料粒徑大會降低混凝土的抗凍性。

2.3.2 粒形的影響

對于滿足一定強(qiáng)度和密實(shí)性要求的混凝土來說，拌和物的施工性是保證混凝土最后質(zhì)量的最重要性質(zhì)。對混凝土施工性來說，骨料的粒形有時(shí)比級配的影響還要大。理想的骨料粒形呈等徑狀（即宏觀球形）。表面粗糙程度相同時(shí)，等徑狀骨料的比表面積最小，需水量最小，可以同時(shí)滿足施工性和強(qiáng)度等硬化混凝土性質(zhì)。表3 所示為某工程用不同骨料配制C60混凝土?xí)r的不同表現(xiàn)。用風(fēng)化粗?；◢弾r的混凝土的坍落度為195mm時(shí)，28天強(qiáng)度可達(dá)71.3MPa，而烏石谷的石子屬于致密石灰?guī)r，強(qiáng)度高，但粒形不好，，因混凝土拌和物需水量大，在滿足混凝土強(qiáng)度要求的水灰比下，拌和物流動性較差。如要保證坍落度也達(dá)到195mm，其措施一是增大用水量，即增大漿骨比，則既不經(jīng)濟(jì)，又會有更大的開裂敏感性；措施二是提高水膠比，則強(qiáng)度會達(dá)不到要求。

在表3中，其所用水灰比降不下來，結(jié)果是強(qiáng)度達(dá)到68.8MPa時(shí)，坍落度才不到150mm，顯然不如使用強(qiáng)度較低，但粒形好的的風(fēng)化粗?；◢弾r。

骨料的粒形明顯影響自密實(shí)混凝土的施工性，如表4所示， K53和K60相比，K67和和K61相比，配合比相同，流動性一致，K53和K67（石子針片狀顆粒為5%）能很好地通過鋼筋，而K60和K61只因石子中的針片狀顆粒多了2個(gè)百分點(diǎn)(7% )，遇到鋼筋就被堵塞。

我國當(dāng)前的混凝土“難做”和骨料粒形有很大關(guān)系。從圖10中可見我國目前常用石子粒形質(zhì)量的差距。圖10中的c 是針、片狀顆粒形貌，可用其與日本和中國常用石子作比較。在日本石子（a）中找不到針、片狀顆粒，而在中國的常用石子（b）中，則針、片狀顯而易見，即使在尺寸上還夠不上c中的標(biāo)準(zhǔn)，也少見等徑狀。d是我國山東海瑞石料公司產(chǎn)品之一，和日本的產(chǎn)品已幾乎無差別。可見這樣的優(yōu)質(zhì)骨料我國不是做不出來。

2.4  關(guān)于骨料的級配

骨料的連續(xù)級配即不同尺寸顆粒合理搭配的比例，目的是不僅得到最小的骨料空隙率，而且也得到最小的骨料比表面積，但是在骨料的生產(chǎn)中只能從數(shù)量上做到級配，卻無法做到整體產(chǎn)品級配的均勻性。因?yàn)樯笆@種產(chǎn)品是散粒狀的堆積物，在裝、卸、運(yùn)輸?shù)鹊膭恿ψ饔孟?，原來不同大小的顆粒混合均勻的整體，會發(fā)生小顆粒向下移動而大顆粒留在表面的現(xiàn)象，堆積成錐形后，在表面的大顆粒會沿著錐形的斜面滾落。于是料堆的級配就失去均衡，混凝土生產(chǎn)中在這樣的料堆所取骨料也就沒有了級配。因此西方發(fā)達(dá)國家的砂石料都是分級供應(yīng)，使用時(shí)按要求自行級配，按級配分級投料。規(guī)范中的連續(xù)級配不是對生產(chǎn)者而是對使用者規(guī)定的。為了保證滿足混凝土的需要，我國砂石標(biāo)準(zhǔn)至少應(yīng)當(dāng)對石子明確規(guī)定分級供應(yīng)。我國已經(jīng)有一些混凝土使用了用單粒級兩級配或三級配后，混凝土水泥用量減少了20%左右，但是如果粒形不好，也做不出小于40%的石子空隙率。

3 骨料質(zhì)量和砂石標(biāo)準(zhǔn)

我國砂石質(zhì)量問題產(chǎn)生原因當(dāng)然比較復(fù)雜，但是除了體制問題、買方生存競爭問題等非技術(shù)性問題外，很重要的是觀念問題：無論是賣方還是買方，無論是用戶還是市場的調(diào)控者，對砂石的認(rèn)識存在很大的誤區(qū)。

和其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范一樣，制定砂石標(biāo)準(zhǔn)要先進(jìn)而可操作，但又不遷就落后。所謂可操作是指只要努力就能做到，而不是對現(xiàn)狀的無奈之舉。頒布砂石標(biāo)準(zhǔn)后，應(yīng)當(dāng)像有水泥質(zhì)檢站負(fù)責(zé)檢驗(yàn)出廠和混凝土質(zhì)量監(jiān)督站驗(yàn)收混凝土一樣，設(shè)立各級砂石質(zhì)量監(jiān)督站。否則，標(biāo)準(zhǔn)形同虛設(shè)，目前現(xiàn)狀就如此。那么為什么還要制定標(biāo)準(zhǔn)呢？為什么同類產(chǎn)品要有一致性標(biāo)準(zhǔn)呢？

當(dāng)前砂石資源日益匱乏，尤其是天然級配良好的河砂，幾近枯竭。用石子生產(chǎn)中的下腳料生產(chǎn)人工砂，符合節(jié)能降耗的要求。實(shí)踐證明，只要正確使用，對混凝土不僅無不良影響，反而會改善拌和物的施工性能，尤其是天然河砂和人工砂混合使用，效果極好。目前已有人工砂標(biāo)準(zhǔn)，但用戶大多不熟悉而不會用，應(yīng)當(dāng)盡快組織培訓(xùn)，推廣使用。

4 建議

① 骨料質(zhì)量對混凝土質(zhì)量，進(jìn)而對混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，舉足輕重，沒有骨料就沒有混凝土，即使有朝一日砂石比水泥還貴，也必須使用；骨料質(zhì)量影響混凝土結(jié)構(gòu)工程的百年大計(jì)，不容忽視。實(shí)際上，不重視砂石質(zhì)量，不僅因?yàn)闊o知，而且也涉及對社會和子孫后代的責(zé)任！天然資源不可再生，希望政府部門像調(diào)控水泥生產(chǎn)一樣地調(diào)控砂石的開采和加工，免得當(dāng)后人需要對我們留下的劣質(zhì)結(jié)構(gòu)物進(jìn)行修補(bǔ)加固或重建時(shí)，卻已是資源枯竭。

② 混凝土的配合比中充滿了對立統(tǒng)一的因素，盡管自從有了高效減水劑，緩解了若干矛盾，但仍然存在技術(shù)人員運(yùn)用對立統(tǒng)一規(guī)律的能力。其中對骨料用量來說，在水膠比一定的條件下，增大漿骨比時(shí)，拌和物流動性增加，混凝土彈性模量減小，體積穩(wěn)定性下降，開裂敏感性增大，強(qiáng)度和抗?jié)B性提高；漿骨比減小時(shí)，拌和物流動性減小，強(qiáng)度和抗?jié)B性會下降，但彈性模量會增大，體積穩(wěn)定性增強(qiáng)，易裂性減??；對骨料粒徑來說，粒徑大小和骨料用量大小的規(guī)律一致。平衡這些矛盾靠的是技術(shù)人員的水平。

③ 提高砂石質(zhì)量也需要形成買方市場，砂石用戶首先要轉(zhuǎn)變觀念，不能為圖便宜或能欠賬等一己私利損害社會的利益。

④ 對砂石質(zhì)量和生產(chǎn)及管理要求的建議：

改變生產(chǎn)工藝，以保證粒形；

供應(yīng)單粒級石子，提高限制粒形的標(biāo)準(zhǔn)，例如針、片狀顆粒至少應(yīng)小于10%；

要求水洗骨料，帶水供應(yīng)（尤其是砂），以便于混凝土生產(chǎn)的質(zhì)量控制；

改變繁瑣的傳統(tǒng)評價(jià)骨料級配的方法；

嚴(yán)禁在砂石中摻入泥土；

加強(qiáng)合同意識和管理部門的合同管理，完善法律文件。