我国人工砂生产与使用现状

编者按据来自中国砂石协会的信息表明，近年来我国砂石业整体保持稳定发展势头，天然砂石的开采、使用得到控制，人工（或机制）砂石逐步进入市场。人工砂应用市场的扩大也表明我国砂石业整体水平在提高。
自上个世纪90年代人工砂开始研究使用，至今不少地方已有了一定数量的专业人工砂生产线，但业者及相关企业常存有一些疑愿，希望得到解释与指导。近年来，人工砂专家陈家珑一直致力于这方面的研究，针对人工砂石业的问题提出了自己的观点，他系统地回答了各地砂石业发展中出现的问题，同时提出了解决的途径。前不久他著有“我国人工砂发展的若千问题探讨”一文。我们将此文作了一些压缩，分成了“我国人工砂生产与使用现状”、“当前人工砂存在的问题与解决途径”及“人工砂标准、研发与市场谈”几篇连载，提供给我国砂石业者及相关行业人士，敬请留意。
在2002年2月1日起实施的国标GB/T14684-2001《建筑用砂》中，首次增加了人工砂种类，确定了人工砂的定义、技术要求和检验方法，规定了凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。提出了混合砂要执行人工砂的技术标准和亚甲蓝试验方法，为解决河道挖砂的废石处理找到了出路，为合理利用石粉打下了技术基础，同时，保证了

人工砂的质量。这为人工砂的发展开创了新的局面。
 在已有的工程实践中，用人工砂已配制出了从C10～C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400米；配制出跨度达64米的预应力混凝土粱。在试验室设计强度Cl00的人工砂混凝土90天实际强度达到155兆帕。人工砂已开始应用在混凝土结构、砂浆和制品中，上海最高的建筑经贸大厦使用的就是人工砂混凝土。
  但是，如同其他新事物一样，人工砂目前的发展极不平衡，仍有很大的阻力。这里的原因是多方面的，有人们认识的原因，有人工砂企业自身的原因，有技术限制的原因，有宣传不足的原因，有行业习惯的原因，有标准不协调的原因，有管理的原因，但根本还是资源的原因。
 以北京为例，近几年每年建设用砂石均在6400万吨左右。过去，主要以天然砂石为主。随着对环境保护的越来越重视和举办绿色奥运的行动床现，北京市政府于2001 年开始逐步关停了北京市范围内的砂石场，并于2003年5月底全部完成。由于天然砂资源彻底取消，人工砂才得以迅速发展。目前，北京市除盗采的是天然砂外，其余多数是人工砂。其中，采自本市矿山的砂石约2000万吨，周边约4500万吨。
事实上，早在19％年，北京建筑工程学院与北京市城建一公司合作，就在甘家口危改小

区4号楼住宅工程上应用了三河的石屑人工砂；北京市建工集团三建也曾把三河的石屑人工砂应用在森德散热器厂工业建筑和其他道桥等工程上，使用面积近万平方米，不仅在当时取得了良好的经济效益，而且，目前工程质量良好。但为什么一直没有推广开，主要阻力来自习惯势力的影响，源自对人工砂的认识不正确和没有标准，人工砂由于其颗粒级配、粒形和颜色都与天然砂有明显的不同，大多数的使用单位还不接受人工砂，只要有天然砂存在，人们还是习惯用天然砂。
目前国内人工砂生产主要有3种形式，一种是开矿产石的同时专门生产人工砂，这多属于大型企业（即年产砂石100万吨以上），质量较好，数量有几百家；一种是在河道里用卵石生产机制砂，或配以少量天然砂生产混合砂，这多属于中型企业（即年产砂石50万吨左右），质量有好有差，差别较大，数量也在几百家左右；再一种是利用各种尾矿生产的，其中主要是各地生产石灰石碎石后的石屑或石粉，经过简单再加工和筛分，或直接利用，这多属于小型企业（即年产砂石30万吨以下，甚至几万吨），质量有好有差，差别很大，数量达近万家。
  在使用行业的分布上，以水电行业对人工砂的生产和使用最为成熟，但要求也相对高一些，基本是自产自用，多为

大中型生产线，我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。交通公路、铁路和建筑则处于起步阶段，产品由社会提供，大中小型生产线都有。在地域分布上，除贵州省和香港人工砂的生产与应用已完全普及外，人工砂的生产与使用多集中在特大和大城市及其周边地区。如北京、上海、天津、重庆均为使用核心，以其周边地区为生产区。北京、上海、重庆都已出台人工砂应用技术规程地方标准，天津也正在制定。以上海为例，浙江的湖州地区已成为上海主要的砂石骨料的供应基地，据不完全统计，该地区共有砂石生产企业200多家，总产量在5000万吨以上，其中，年产200吨以上的企业已有十几家，最大达500万吨。由于砂石生产的连带性和考虑到人工砂的生产成本，人工砂的产量一般在砂石总产量的20%-40%之间浮动，也有部分达50%-80%，个别达100%的情况。
  目前建筑业在人工砂的使用上又分以下几种情况：
    国标允许使用人工砂了，但大多数的人还是容易接受由鹅卵石破碎的机制砂或与天然砂混用的人工砂（即混合砂），这是因为这样的人工砂外观与天然砂无明显差别，多数人还认为就是天然砂，使用上按天然砂控制，推广较容易，但由于在配制混凝土时还按天然砂的方法设计，没有抓住人工砂的特点，多数混凝土搅拌站也未能感到人工砂的优点。
 使用由石灰岩类（包括其尾矿）生产的人工砂就比较困难，因为，其外观与天然砂明显不同，特别是干法生产原状人工砂（只要石粉含量在10%左右时）看上去就像都是石头粉（或土）一样，使人心生疑虑，不敢使用。实际上，如果检测一下，石粉含量并不很高，只要大胆正确使用，就能取得很好的效果。但就是由于传统的习惯，此种人工砂目前推广不畅，有时，施工应用部门愿用，但监理和甲方却不允许。为了迎合用户的习惯，有些人工砂生产厂把干法生产原状人工砂再洗一遍，这样的人工砂看上去是比天然细砂好多了，但这一洗，使人工砂的级配变化了，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，特别在低标号或低水泥用量混凝土中表现非常明显，给人工砂的推广应用带来阻力。同时，又造成资源的浪费和宝贵的水源消耗，增加了新的污染。针对这种人工砂混凝土易性差的问题，有些企业掺人一些天然细砂混用，如果掺入的比例合适，混后的砂级配合理，配制出的混凝土比天然砂要强一些，但实际上在低强度等级混凝土和砂浆的配制上，仍不如用不洗的人工砂，既成本低，又效果好。在这方面，各地都有一些成熟的经验和应用，只是尚不普遍。这里，洗走石粉还有一个标准不协调的原因。因为，建筑业执行的是行业标准JGJ52-92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》，该标准目前尚在修订中，还没有人工砂的类别，含泥量（即小于75μm特细颗粒，石粉也是小于75μm的颗粒）只能按5%以下控制，为了达到这个要求，企业不得已而为之。
 而有些自己有混凝土搅拌站的人工砂生产企业，积极探索人工砂的使用，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产石灰石机制人工砂，在一年多的时间里累计生产商品混凝土40多万方，多数使用纯人工砂，石粉含量应用范围达8％-15％，应用于各种工程，取得了很好的效益。
 首钢迁安矿山公司领导对尾矿人工砂应用高度重视，以深人的研究和科学的数据为依据，从解决人们的认识问题人手，以样板工程为说服力，推动了尾矿人工砂的应用，目前，其年产约150万吨的尾矿人工砂石已全部应用于其改造工程中。

云]向家坝水电站建成世界最大人工砂石系统

按下系统启动按钮，源源不断的砂石料沿世界上最长的骨料输送线，以４米／秒的速度从３０公里外的大湾口白岩山直泻而下，穿９座隧洞，越重重高山，直达金沙江右岸的马延坡成品加工系统。６月２８日，由中国水电八局承建的向家坝水电站人工砂石系统建成投产，这是目前世界上最大的人工砂石系统。

    向家坝水电站装机容量６００万千瓦，是国内第三大水电站。向家坝人工砂石料加工系统总投资１０．２４亿元，占地面积２１０万平方米，是向家坝水电站工程所需人工砂石骨料的供应基地，这一“大坝粮仓”建成投产后，将为向家坝水电站输送２６８０万吨人工砂石成品骨料。系统毛料储量１５８６万立方米，月高峰开采强度４２万立方米，其生产能力超过世界最大的三峡下岸溪人工砂石料系统，再次刷新世界记录；系统采用长距离带式输送机输送半成品骨料，线路总长３１．０６７公里，隧洞总长２９．３０７公里，输送速度４米／秒，输送能力３０００吨／小时，是目前世界上最长的人工砂石骨料输送线；系统建设了８个巨型半成品、成品料仓，其中３号半成品料仓蓄存方量４５万立方米，为国内最大的人工砂石骨料仓。系统整个建安期只用了１３个月，单项高峰月开挖强度３０万立方米，月混凝土浇筑１．２万立方米，启用各种大型设备安装数百台（套），其工期在国内和世界同类型人工砂石系统建设中最短；系统投资１５６８万元建成坝高４０米、库容２００万立方米的尾渣坝，用管道将生产废水、废碴全部输送到尾渣坝进行环保处理，水回收率达到８０％，做到废水零排放，在全国水电站建设中独一无二。

向家坝砂石工程规模异常庞大，其工程技术要求高，施工难度大。水电八局在施工中勇于创新、科学管理、精心组织，成功克服重重困难，在滔滔金沙江畔筑起了宏伟的“砂石王国”。向家坝水电站因周围基础岩石有明显的碱活性反应，不能满足大坝浇筑的要求，水电八局创新性地在距电站坝址５９公里的绥江县选择料场，并通过长达３１．０６７公里的输送线传输，每天通过输送线穿山越岭输送的砂石运量，相当于每隔一小时向坝址发一列５０节的火车。

 国内首创的绿色环保型人工砂石骨料加工系统2006年7月15日在德宏州成功启动运行，大型骨干水电站--这种半干式砂石人工砂石骨料加工技术是由中国水利水电第九工程局砂石分局研制成功的。中国水利水电第九工程局是国家建设项目部认定的建筑施工总承包一级企业，是国务院惟一授予的全国水电系统"大庆式企业"称号的实力型企业。 --弄另电站成为第一批受惠的工程。

随着改革开放的深入发展，砂石业同其它建材行业一样发展很快。我国砂石年产量由改革前6亿多吨增加到15亿吨，其中，砂约6亿吨。目前我国大多数地区应用的砂是天然砂，随着基本建设的日益发展，在我国不少地区出现天然砂资源逐步减少、甚至无天然砂的情况，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，而砂的价格越来越高，影响了工程建设的进展。
       在经济利益的驱使下，在我国很多地区都出现了乱采乱挖天然砂的情况，毁田挖砂、破坏河道挖砂的情况比目皆是。另外，由于天然砂的无序生产，在生产、贮存、和运输过程中造成了对空气和环境的污染，使国务院和各地人民政府不得不禁采或限采天然砂。
       而在金属矿和非金属矿的开矿和加工过程中伴随产生的约20%的尾矿，并没有合理利用。如果经过适当分选与加工，不少尾矿就可以制成人工砂，既解决了环境污染问题，又提高了资源利用率，形成综合效益。
所谓的人工砂是指，凡经除土处理的机制砂、混合砂都统称为人工砂。具体机制砂的定义是：由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。 混合砂的定义是：由机制砂和天然砂混合制成的砂。这里，混合砂没有规定混合比例，只要求能满足混凝土各项性能的需要。但必须指出，一旦使用混合砂，无论天然砂的比例占多大，都应当执行人工砂的技术要求和检验方法。
       机制砂的自身主要特点是：目前基本为中粗砂，细度模数在2.6-3.6之间，颗粒级配稳定、可调，含有一定量的石粉，除150μm的筛余有所增加外，其余筛余均能满足标准天然砂1区、2区要求，粒型多呈三角体或方矩体，表面粗糙，棱角尖锐。但由于全国各地机制砂的生产矿源的不同、生产加工机制砂的设备和工艺不同，生产出机制砂粒型和级配可能会有很大的区别，比如，有些机制砂片状颗粒较多，有些机制砂的颗粒级配为两头大中间小，但只要能满足国标中对人工砂的全部技术指标，就可以在混凝土和砂浆中使用。达不到国标人工砂技术要求的，不能迁就使用，因为机制砂的粒型和级配都是可以调整和改进的，在这一点上，人工砂于天然砂有着本质的区别。混合砂随机制砂的掺入比例而降低其上述特点。
       由人工砂本身的特点所决定，与条件相同天然砂相比，在配比设计、其它材料、成型养护条件都相同的情况下，用人工砂配置出混凝土的特点是：塌落度减小，混凝土28d标准强度提高；如保持塌落度不变，则需水量增加；但在不增加水泥的前提下水灰比变大后，一般情况下，混凝土实测强度并不降低。按天然砂的规律进行混凝土配比设计，人工砂的需水量大，和易性稍差，易产生泌水，特别在水泥用量少的低强度等级混凝土中表现明显；而如果根据人工砂的特点进行混凝土配比设计，通过合理利用人工砂中的石粉、调整人工砂的砂率，是完全可以配制出和易性很好的混凝土。普通混凝土配比设计规程的配比设计方法完全适用于人工砂。最适合配制混凝土的人工砂细度模数为2.6-3.0，级配为2区。人工砂在配制填加外加剂的混凝土时，对外加剂的反应比天然砂敏感。人工砂配制的高强度泵送混凝土在泵送过程中不易堵泵。正确使用人工砂的混凝土密实度大、抗渗、抗冻性能好，其它物理力学性能和长期耐久性均能达到设计使用要求。人工砂特别适于配制高强度等级混凝土、高性能混凝土和泵送混凝土。
从20世纪60年代起，因为一些建设工程的环境条件所限，我国水电、建筑部门就开始用当地石材进行机制砂的生产工艺、技术性能和应用于混凝土和砂浆的研究，并开始在工程上使用。从70年代起，我国贵州省已在建筑上大规模使用机制山砂，并制定了地方标准。90年代以来，北京、天津、上海、重庆、广东、福建、浙江、河北、山西等省市都有了人工砂的生产线，进行过人工砂的使用研究。几十年大量的工程实践，证明了使用人工砂在经济上是合理的，技术上是成熟的。国外，美、英、日等工业发达国家使用人工砂也有几十年的历史，将人工砂纳入其国家标准的时间至少30年以上。 国内工艺成熟的人工砂生产线已有多条，生产人工砂的设备与技术完全具备，国内、外有不同的品牌、型号的制砂设备可供选择。目前，我国最大的三峡工程、黄河小浪底工程均使用人工砂配制混凝土。在已有的工程实践中，人工砂配制出了从C10-C70的普通混凝土和泵送混凝土，泵送最大高度达400m；配制出跨度达64m的予应力混凝土粱。在试验室设计强度C100的混凝土90天实际强度达到155Mpa。此外，人工砂可以广泛应用在混凝土、砂浆和制品中。
      与此同时，还应注意人工砂的使用过程中出现的问题。比如说正确认识和利用石粉，人工砂的质量控制以及对使用者的管理等问题。只有这样，才能使建筑用砂质量得到有效的保障和提高，工程质量也就进一步得到保证和落实，使人工砂的生产和使用一开始就有高起点，以带动整个砂石行业?

对于建筑行业，砂是必不可少的重要的材料。建筑要是继续，就要解决河砂量急速减少的状况，人们必须要另外的寻找出路，那就是我们要发现人工制砂。人工砂的使用已经有数十年的历史了，人工砂对于搞建筑的企业而言仍然是一个比较新鲜的话题。据有关部门的估计，我国建筑每年用砂需要6亿吨左右。目前我国大多数的地区应用的是天然砂，天然砂资源是一种地方的资源、是短时间内不可再生和需要长距离运输的，为了环境保护的需要还有基本建设的日益发展，我国很多地区对于天然砂的使用大大地减少了，砂的质量在下降、而且很多都是不让乱挖河砂，限制了天然砂的开采，混凝土用砂的需求也比较大，所以就产生了很大的矛盾。而且砂的价格也越来越高，用砂高峰时都没有砂可用，影响了建设建筑的进展。混凝土技术在不断的发展，现代混凝土对砂的质量要求的也越来越高，特别是高轻度登记和高性能混凝土对骨料的要求很严，天然砂能满足要求的悦来越少，甚至没有。因此，发展新的砂源是非常重要的，我们只有开发人工制砂。同时，我国有大量的金属矿和非金属矿，在采矿和加工的过程中会产生很多的尾矿，有相当一部分尾矿没有得到合理的利用，导致资源的浪费，还占用土地，结果造成环境的污染，而如果经过适当的筛分和加工，不少尾矿就可以制成人工砂，即解决了砂，提高了资源利用率，也起到了保护环境的作用，形成了综合的效益。据有关报到，我国的香港在人工砂使用方面有着悠久的历史，内地的很多城市也因为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经验，同时美国、德国等不少发达的国家，处于对自然资源的保护或者有其他的原因，也对人工砂的使用有了一些经验。如德国，不仅将人工砂较早地应用于建筑，同时也开发出用人工砂制成的建筑工程。我国香港河砂的储藏量比较少，一直都是广东和东莞给提供，在使用方面非常的收限制，而且河砂质量的不同也影响了建筑工程的质量。因此我们也较早的开展了对人工砂的应用的研究和使用，加上我国内地一些地区对于河砂的缺乏，也积累了人工砂应用的实际经验。

  无论是国内还是国外，对于人工砂的应用都有十分成功的经验，这就证明，人工砂的应用是一条可行之路。人工砂的大量出现和应用，最主要的是减少对河道因采砂而造成的破坏，有效地保护了环境。还有一方面根据就是可以利用尾矿和其它的废品做人工制砂的原料。我们可以知道，人工砂的的应用并没有增加成本，而是在利用有效的资源，成本最小化，质量也比天然砂有保障。目前人工砂逐渐广泛的使用，人工砂的设备也达到了一定的水平，现在国内国外都是用人工砂做建筑的原料，我国也有很多的人工砂企业正在运行之中。根据现在的情况可以看出，人工砂肯定会在我国广泛地进入建筑领域。