重庆地处长江、嘉陵江交汇处，沿江及其支流有着丰富的天然特细砂资源。长期以来，重庆地区的建筑及混凝土用砂几乎全部使用特细砂，由于过去混凝土强度等级普遍较低，对已经习惯使用的特细砂并没有引起过多的关注或质疑。然而近十年来，重庆地区市政建设、道路桥梁、高层建筑大规模兴建，混凝土强度等级、工作性能普遍提高，混凝土耐久性也成为不可小视的问题，特细砂已经不能够满足需要。自此，重庆的工程技术人员开始探讨和正视特细砂的缺点：颗粒过细，表面积及空隙率大，配制混凝土需水量大，水泥用量高，收缩率大，耐久性差等，这些缺点限制了特细砂的使用范围。因此，某些工程不得不从四川简阳等地购买中砂，并花费高额运费运到重庆使用。其实，纵观国内外混凝土技术规程规范，特细砂从来就是被列入另册或是受限制使用的。重庆市地处三峡工程库区，几年后，大坝建成蓄水至175米高程，沿江沙滩将被淹没，天然砂资源将面临季节性枯竭。即使部分江段可以采砂，也将由于水文变化、含泥量增高而失去在某些混凝土工程中的使用的价值。砂是大宗地方性建筑材料，依靠从外地采运是不现实的。因此，寻求新的的砂源成为重庆建设发展的当务之急。在此形势下，重庆地区的机制砂生产企业应运而生，机制砂的开发及应用研究也在科研院所及部分企业迅速开展起来。
    二、机制砂的开发与应用研究

      机制砂是指由岩石破碎，经筛分后粒径在5mm以下的大小不同的颗粒。重庆地区机制砂应用最早是从石屑开始，80年代初，重庆住宅建设进入高潮，天然卵石无法满足房屋构件生产的需要，碎石厂应运而生。当时，石屑作为废物被大量抛弃，一些预制构件厂将石屑运回，用于小构件的生产，主要替代特细砂，试验发现石屑替代特细砂后试件强度大幅度提高。之后，石屑逐步扩大到在预应力空心板中使用，经检测发现，不仅每立方米混凝土可节约30～40公斤水泥，而且构件质量得到改善。正式开发应用机制砂，并进行系统试验研究的单位是铁五局成渝高速公路指挥部。1990年5月，成渝高速公路中梁山隧道开始建设，为降低工程造价，减轻从四川简阳购买天然中砂的压力，成渝高速公路指挥部决定在普通混凝土、泵送混凝土、防水混凝土、喷锚支护和砌石砂浆中全面使用机制砂。为此，就近建了四条专业砂石生产线，并就地取材，利用工程开挖的石灰岩作为原材料，总计生产了约10万吨机制砂，共浇筑混凝土12.6万m3，砌石1.7万m3。为了获取科学的结论，抽取了2583组各种试件，对机制砂及机制砂配制混凝土的工作性能、物理力学性能、长期耐久性能进行了较系统的试验研究，大量数据证明，机制砂在成渝高速公路工程中的应用是成功的。从而，为重庆市机制砂开发应用奠定了基础。 1993年，重庆建科院开展了用长江鹅卵石破碎生产的机制砂配制C50高强混凝土的试验研究，并成功应用于鹅岭鹰冠大厦工程。重庆建科院相继又开展了石灰石机制砂配制混凝土的研究工作。其实，精明的企业家们早就盯上机制砂这块领地和它潜在的经济效益。只是在等待生产条件成熟的时机。1997年初，重庆第一家民营专业机制砂生产企业长渝机制砂有限公司建成投产，拉开了机制砂产业化的序幕。1998年以后，机制砂厂先后建成投产。部分碎石厂也相继进行工艺改造扩大机制砂生产能力，一些碎石场也纷纷兼营石屑。从此以后，机制砂在重庆建设工程中的应用得以迅速推广，来自四川简阳、德阳的中砂几乎退出重庆市场。 1999年初，重庆建科院与长渝机制砂有限公司共同完成了《重庆地区机制砂配制混凝土应用研究》，该课题通过市科委专家鉴定。鉴定意见结论为“机制砂可以取代天然中粗砂配制C10～C60混凝土，机制砂与特细砂按一定比例混合来取代天然中砂具有较为明显的技术优势和经济效益，研究成果处于国内水平”。该课题研究成果荣获2000年重庆市科技进步三等奖。与此同时，重庆市建科院、重庆建筑大学、重庆交通学院、一些大型施工企业和搅拌站，都加大了对机制砂或石屑配制混凝土的应用试验研究，均取得很好的成果。系统试验与工程应用均表明：石灰岩机制砂配制的高强、普通、抗渗、泵送混凝土、与天然中砂混凝土一样具有优良的物理、力学、长期耐久性能，完全可以替代四川德阳和简阳中砂。工程技术人员还根据机制砂棱角多、0.315mm以下颗粒少、含粉量较大、配制的混凝土流动性差，不利用于泵送的缺点，研究出机制砂和特细砂复合后配制泵送混凝土的优化方案，解决了机制砂混凝土可泵性差，易堵管的技术难题。但是，机制砂因为采用不同品质的岩石，不同的破碎工艺，其产品质量差异很大，对配制混凝土的质量影响也是较大的。鉴于当时我国的建筑用砂质量标准中只规定了天然河砂的质量标准与检验方法，而没有机制砂的内容，这给机制砂的生产质量控制和推广应用带来了很大的不便。一些比较保守的设计单位、业主和施工单位甚至以此拒绝使用机制砂。规范机制砂质量标准成为推广应用的当务之急。 1999年，在市建委和市技术监督局的重视和支持下，由市建委下达编制《混凝土用机制砂质量标准与检验方法》的科研任务，该课题主要由重庆市建科院承担。课题组在认真总结近年来机制砂应用研究成果的基础上，又进行了大量试验和调研工作。主要针对市内6家机制砂厂和不同的制砂工艺流程的产品，以及重庆小泉、歌乐山一带碎石厂所生产的石屑，进行筛分、级配、含粉量、压碎指标等性能的测试和对比研究，共取得近千个数据。课题组在编制过程中还参考了云南和贵州的地方标准，以及其它行业标准，在2000年7月21日完成了重庆市地方标准《混凝土用机制砂质量标准及检验方法》的编制工作，并通过了市建委组织的专家组鉴定，经重庆市技术监督局批准为地方强制性标准，于2000年11月20日发布实施。自此以后，重庆工程界对机制砂的认识发生了很大的转变，相当多的重点工程，如黄花园大桥、鹅公岩大桥、嘉陵江复线桥等工程都使用了机制砂。重庆生产的机制砂逐步地替代了四川简阳中砂，取得了显著的社会效益和经济效益。目前，重庆武隆江口电站、渝合、渝竹、渝黔高速公路以及重庆轻轨一号线等工程也开始大规模使用机制砂。 
    三、机制砂质量中的几个问题

      机制砂在应用中有三项主要指标备受关注：含粉量、压碎指标和细度模数。机制砂在生产过程中，不可避免地附带有少量粒径小于0.08mm的石粉。按天然砂质量标准，小于0.08mm颗粒定义为泥，而对泥的含量限制是非常严格的。机制砂中的石粉显然与泥不同，大量试验研究与工程应用实践表明：机制砂中含有一定量的石粉对改善中低强度等级混凝土的工作性有较大的帮助，对混凝土强度几乎没有影响。但石粉含量较高时，对配制高强混凝土的强度有不利的影响。DB50/5017—2001《混凝土用机制砂质量标准及检验方法》标准规定的机制砂含粉量指标见：表1 表1 机制砂含粉量指标 岩石品种 石灰岩 砂岩混凝土强度等级 ≥C40 ＜C40 ≤30 含粉量（%） ≤5 ≤7 ≤10 目前，重庆多数专业机制砂厂工艺配制较完善，配备了砂石粉分离机。几年的应用实践证明《混凝土用机制砂质量标准及检验方法》对机制砂含粉量限制指标是科学和合理的。压碎指标是指机制砂在外力作用下抵抗破坏的能力，是间接表达机制砂坚固性的一个重要指标。压碎指标直接影响所配制混凝土的强度，特别对于高强混凝土的影响最大。DB50/5017—2001《混凝土用机制砂质量标准及检验方法》规定的压碎指标见表2 表2 机制砂压碎指标 

     混凝土强度等级 ≥C60 ≥C30 ＜C30 压碎指标（%） ≤25 ≤30 ≤35 试验发现，当这些专业砂厂采用的母岩强度较差时，其压碎指标值将增大，一般都大于25%。机制砂中的针片状含量对压碎值最为敏感。调查发现，针片状颗粒含量多的产品一般均为非专业机制砂厂生产碎石筛留下的石屑，试验压碎指标值一般都在30%以上，有些甚至高达40%。这种石屑虽然也可以作为混凝土细集料使用，但只可限制在强度等级较低的混凝土或砂浆中使用。大量试验表明压碎指标值30%是一个比较明显的分界线，小于30%的机制砂几乎全是专业机制砂厂生产，而大于30%的砂样大部分出自非专业或小碎石厂的石屑。重庆市的大足、永川等地砂岩分布较广，一种是黄砂岩，也称泡砂石，易风化、强度低，破碎成砂后一般用于砌筑砂浆。另一种是青砂岩，强度较高，母岩强度一般在55MPa以上。用青砂岩破碎制成的机制砂，颗粒形状好，几乎无针片状，试验压碎指标值一般在27～30%之间。混凝土试验表明用这种机制砂配制C30混凝土是非常好的，但对于配制较高强度等级的混凝土由于试验研究较少，使用前应进行试验。机制砂在生产过程中，为能除去大部分石粉，往往将0.315mm以下颗粒清除了大部分，从而造成机制砂颗粒级配不好，细度模数偏大的问题，加之机制砂棱角多，表面粗糙，单独用于配制混凝土很难满足其工作性要求，也不符合行业标准JGJ/T10《混凝土泵送施工技术规程》规定。针对这一 问题，重庆的工程技术人员总结出了较好的解决办法，将机制砂与特细砂按比例混合配制成复合砂，既解决了机制砂的缺点，又可机动调整复合砂细度模数以满足高性能泵送混凝土工作性要求，同时还降低了成本。这一方法成为重庆机制砂应用的一大特点。在应用实践中，工程技术人员还总结出复合砂细度模数的简化计算公式。只要测试出机制砂和特细砂的细度模数μ1、μ2和机制砂的比例β就可按公式（1）计算出复合砂的细度模数μf。 μf=βμ1+（1-β）μ2 （1）反之，也可根据所要求的复合砂细度模数μf求出机制砂的适用比例β。 μf-μ2 β=—————— （2） μ1-μ2
    四、机制砂产业化中的教训与经验

     重庆生产机制砂的企业大致分为两种类型：其一为专业机制砂厂，或以生产机制砂为主兼生产部分碎石，这类企业年设计制砂能力约20～30万吨，工艺装备可靠，能够保证机制砂质量要求，是产业中的骨干。其产品一般供应搅拌站和大型市政、公路、桥梁等工程。另一类企业为原有碎石厂通过工艺改进而成，这类企业通过将筛分后的石屑除粉后作为机制砂出售，一般制砂能力较低，产量在几千吨到几万吨之间。其产品质量不如专业机制砂厂好，质量波动较大，但价格一般较低，主要用于普通混凝土配制。重庆专业机制砂生产厂在建设过程中都经历过程度不等的失误和教训，甚至付出过沉重的代价。总结其教训和经验，对今后机制砂产业健康发展有着很好的借鉴作用。这些经验和教训主要表现在以下几个方面。机制砂生产线工艺设计是决定投资规模、生产效率、产品成本，运行可靠性最关键的环节。重庆早期建设的机制砂生产线，在工艺设计上均存在一些问题，不得不在投产后又进行改造。这些问题是：工艺设计不尽合理，破碎设备选用不当或与工艺流程不匹配，筛分系统不配套，传送系统过于复杂，设备检修不便等。个别企业设计生产规模过大，造成投资过大，设备利用率低，直接导致后期生产成本居高不下。制砂机的选型及使用的可靠性是保证机制砂质量的关键。适用于制砂的破碎设备主要有棒磨式、锤式、反击式、旋盘式、立式冲击破等。这些制砂机械各具优缺点。在设备选型时一定要仔细调查其规格、功率，必须与生产线的客观环境相适应，要注意与进料粒径、生产能力、效率相匹配。设备选型不当往往造成故障频发，效率过低，能耗过大等问题，给以后的正常生产带来困难和麻烦，甚至有试车就将主机打烂的先例发生。工艺设计要因地制宜，尽可能利用地形高差，专业机制砂生产线一般采取两级或三级破碎，要重在降低设备运行功率和成本上下功夫。原料破碎、制砂、筛分设备一定要匹配，并应考虑维修方便。重庆地区多雨，还应考虑雨天能够正常生产。重庆现有机制砂厂多数雨天不能生产，这是个很大的设计失误。湿法工艺是机制砂生产的一种较好方法，可以有效防止尘污染，保证产品质量，提高生产效率，特别是不受下雨天气的影响，可以提高设备利用率。新建厂工艺设计时建议优先考虑湿法制砂工艺。重庆后功机制砂厂和双盈机制砂厂的湿法制砂工艺各具特色，值得借鉴。矿山母岩的质量是决定机制砂质量的重要因素之一，《混凝土用机制砂质量标准及检验方法》规定：石灰石母岩的强度应不小于80Mpa。新建厂应做好矿山资源的勘察工作，矿山母岩的强度应不小于80Mpa。要避免因矿石质量差及采矿成本高对企业经营的影响，对于覆盖土层较厚、夹层含泥较多、母岩强度较低、白云石含量较大，以及岩石分层成片状的矿山应避免就地建厂。机制砂生产过程将不可避免的带来粉尘污染和对现有植被的破坏，新建厂应十分注意环保问题，必须符合重庆市政府“五管齐下”的“净空”措施的有关规定，符合重庆市建委制定的新建采（碎）石场必须工厂化、规模化、环保型的布局方案。
    五、问题与展望

     目前重庆机制砂生产已经成为一个新兴的产业，年产量达100万吨左右，其应用范围逐年扩大，由最初仅限于生产C50及其以上混凝土应用，发展到现在几乎所有等级的混凝土都使用机制砂。主城区的市政工程、道路桥梁、高层建筑、混凝土制品也大部分采用机制砂混凝土。机制砂的应用不仅对混凝土工程的质量和耐久性提高起到了保证作用，同时也为社会和企业创造出巨大的经济效益，为重庆的建设发展，建筑技术进步作出了重要贡献。虽然重庆地区机制砂的开发与应用已经形成气候，但是，目前仍然面临很多问题。首先，重庆地区机制砂的应用量还只占很少的份额，2002年全市机制砂产量100万t，仅仅占混凝土用砂的10%左右。其中搅拌站使用了50万t，其它混凝土工程中的应用也在50万t左右， 其次，机制砂应用范围目前仅仅限于重庆主城区内的预拌混凝土生产企业，少部分预制构件厂及市区周边一些高速公路、桥梁等工程等。主城区非预拌混凝土以及万州、涪陵、黔江、永川等地区的混凝土工程还没有或很少使用机制砂。从机制砂生产厂总体布局看，现有专业生产厂全部集中在中梁山、歌乐山一带，地理位置分布显然不够合理，运距较远地区的使用成本加大，影响到使用积极性。另外传统的观念和习惯也严重影响机制砂的开发与应用，这就需要解放思想，加大宣传力度。希望更多的工程技术人员、企业家以及政府相关部门共同关注混凝土技术的进步，促进机制砂的进一步开发与应用。目前，重庆专业机制砂厂产销形势较好，有时还供不应求。2003年年底，重庆市将有8家新建大型预拌混凝土生产企业陆续投产，机制砂的需求量将会有一个较大的增长。届时，重庆现有机制砂的生产能力将不能满足需要，建议在南岸、江北、巴南、渝北、北碚等区域周边的矿山选址，建设符合市政府规划布局要求的专业机制砂厂，以满足对机制砂日益增长的需求。今后数年内，重庆市基本建设规模将有更大更快的发展，建筑业技术的进步，工程质量的提高，高性能混凝土的应用，对砂石行业提出了更高更严的要求。目前，虽然重庆市机制砂用量还不能与天然特细砂用量相比，但这种比例在不断的变化中，机制砂将愈来愈多地得到应用。可以预见，当三峡大坝全面竣工，长江水位达到175m高程时，机制砂将会成为重庆建筑用砂的主角。