砂是構成混凝土骨架體系的重要材料之一，對混凝土的工作性能、力學性能、耐久性能及長期性能起着非常重要的作用。以前我們主要用活水砂（flowing watersand，指主流沖刷下的天然河砂），活水砂經過多年水流沖刷大浪淘沙後，留下來的都是精華，優點多，如顆粒飽滿圓滑、強度高、含泥量少、雜質含量少、不吸水、不吸附外加劑等，缺點是各項指标完全依賴于先天條件形成，不适宜後天花大力氣進行深加工。但近年來的河砂質量也存在諸多問題：目前湖南省的五大天然砂采區采挖的是沙洲砂（sand bar，指河流、湖泊、水庫中由水流、波浪作用堆積而成的泥沙質小島）和深埋砂（deep sand，指河道水流以下隔着一層一定厚度土層結構以下的砂卵石層，當前采區土層厚度在 10 餘米至 30餘米不等）。

2017 年以來受環保壓力的影響，天然砂石開采逐漸被限制，機制砂石應用越來越多，機制砂石作為加工産品按理說其質量是可以滿足要求的，但目前機制砂石的質量極不滿足要求，主要由以下幾點原因造成：一是制度缺失，機制砂的質量管理與控制沒有引起足夠重視，連最基本的生産控制、出廠檢驗等環節都沒有；二是目前貨源緊張、價格翻番的情況下，基于成本壓力，攪拌站在選擇、采購機制砂時主要考慮的是價格，而不是品質；三是加工工藝和加工設備因素，大多數礦山企業和設備廠家不能根據岩石的岩性特征、解理面狀況、強度和硬度等特性來進行工藝設計和設備組合選型；四是母岩品種和質量的影響，岩石在大自然的造岩運動中形成，母岩的發育程度和風化程度千差萬别，并不是所有的岩石都适合做骨料，特别做機制砂，母岩質量是影響機制砂石質量的最根本原因。

1. 監管制度、控制手段缺失

職能部門沒有将機制砂石作為工業産品，對産品質量缺乏監管。砂石礦山企業和加工企業沒有質量控制理念、制度、工序、抽樣、檢驗等手段，砂石礦山的采礦權證、安全、環保、林業等有人嚴管，唯獨質量沒人管，可以說 99% 以上的砂石開采和加工企業沒有設立技術部或試驗室。

2. 價格因素的影響

在當前天然砂石奇缺價高，正品機制砂石供應青黃不接的情況下，在砂石資源缺乏但需求量大的區域，大多數攪拌站在以“雜燴砂”的形式進行混凝土生産，而“雜燴砂”的組成則相當混亂，通常由能夠采購到的各種形态的砂狀物以注重節約成本的形式雜燴組成，通過這種大雜燴，混凝土成本僅砂這一項就可節約大量成本，有混凝土企業通過“雜燴砂”将混凝土成本最大降幅達到 40 元/m3 ，因此“雜燴砂”的市場動力很大。

2018～2019 年，天然砂與機制砂的價差大約在 60元/噸左右，每方混凝土用砂量按 800kg 計，用天然砂比用機制砂的混凝土成本高出 48 元/m3 ，這 48 元/m3 的差價，除了部分指定用天然砂的重點工程能消化部分成本外，其餘都得由攪拌站自己買單，在本來就利薄的混凝土行業，攪拌站根本就承受不起，因此，天然砂可以說是有價無市。曾經有人向攪拌站推銷價格稍高的精品機制砂，攪拌站通常以一句“成本沒法消化，用不起”予以回絕，這更從需求端助長了劣質機制砂的盛行，即所謂劣币驅逐良币。

3. 加工工藝和加工設備選型的影響

采用變頻破碎和多級篩分技術，可以得到任意級配曲線的機制砂；通過工藝調整可使級配曲線長期穩定。礦物晶體受力後沿一定方向破裂并産生光滑平面的性質稱為“解理”；岩石在自然條件下形成的裂紋或裂縫稱為“節理”；岩體受力或因變質作用産生并沿着一定方向大緻成平行排列的緻密的裂隙或面狀構造稱為“劈理”；由于應力作用下的機械破壞使岩體喪失其連續性和完整性稱為“斷裂”，斷裂包括裂隙、節理和斷層等；在岩石形成過程中産生的，由物質成分、顆粒大小、顔色、結構構造等的差異而表現出的岩石成層構造稱為“層理”。

不同岩石有不同的解理面，岩石受力首先沿解理面破裂，同種岩石采用不同破碎方式的針片狀含量不同；石料做扁易、做圓難；2.5～10mm 的骨料很難被破碎做細（超細碎），俗稱“鑽石王老五”。因此，工藝設計和設備選型對機制砂的質量非常重要。

4. 母岩品種和質量的影響

4.1 母岩的品種

岩石大緻可以分為三大類：岩漿岩、沉積岩、變質岩。由于地球内部高溫液态物質冷卻和結晶而形成的岩石稱為岩漿岩，也叫火成岩，常見的岩漿岩品種有花崗岩、橄榄岩、玄武岩、安山岩、流紋岩；由各種不同的沉積物所形成的岩石稱為沉積岩，也叫水成岩，常見的沉積岩有礫岩、砂岩、粉砂岩、碳酸鹽岩、碎屑岩；由于岩漿中沉積岩在高溫或高壓影響下，地球内部産生劇烈變化所生成的岩石稱為變質岩，常見的變質岩有闆岩類、千枚岩類、片岩類、片麻岩類、長英質粒岩類、石英岩類、斜長角閃岩類、麻粒岩類、鐵鎂質暗色岩類、榴輝岩類、大理岩類、矽卡岩類、角岩類、動力變質岩類、氣液變質岩類、混合岩類等。

機制砂對混凝土性能的影響大多體現在：需水量高、對外加劑吸附性強使外加劑用量增加甚至失效、堅固性差、含軟弱顆粒、含膨脹性粘土礦物、含氧化活性礦物（如黃鐵礦、磁黃鐵礦等）、含堿活性骨料、含泥土及雜質等方面。機制砂的這些特性直接影響混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能。堅固性差、軟弱顆粒多、膨脹性粘土礦物和活性礦物等對混凝土的影響甚至是緻命的。

4.2 吸水性和對外加劑的吸附性

大多數岩石本身不是常年處在飽水狀态環境中，加工成機制砂後，由于比表面積增大、顆粒存在加工裂縫，且或多或少存在粘土成分，因此機制砂的需水量相對于天然砂要高，同時對外加劑具有一定的吸附性，吸水率大的超過機制砂質量的 5%（相當于每方混凝土中砂的吸水量達到約 40kg），對外加劑吸附性大的能達到機制砂質量的 1.5%～2.0%（相當于每方混凝土中砂對外加劑的吸附量達到約 12～16kg）。

4.3 堅固性差和含軟弱顆粒

岩石中的風化現象無處不在，隻是風化程度不同而已。強風化的硬質岩，甚至未風化～微風化的頁岩、泥岩、泥質砂岩等都存在堅固性差和含軟弱顆粒多等現象，在硬化混凝土中這些軟弱顆粒可能被雨水或潮濕空氣溶蝕，留下縫隙孔洞，同時大量的軟弱顆粒若富集一處，容易引起應力集中，嚴重時甚至導緻結構失效。

4.4 膨脹性粘土礦物

如蒙脫石、斑脫石、高嶺土等風化礦物成分，吸水後體積膨脹幾倍到幾十倍，使硬化混凝土脹裂、剝離、脫落，破壞混凝土結構。

4.5 黃鐵礦、磁黃鐵礦等活性礦物

兩者都是鐵的硫化物，當硫化鐵暴露在水和氧氣中時，常溫下硫化鐵不會氧化，但其中若含有不穩定态硫化亞鐵［一般而言，對于天然黃鐵礦，硫與鐵在化合過程中有可能偏離理想狀态，硫偏離理想狀态的量（質量分數）通常在 1.93% 以下，相當于 FeS2 變為 FeS2-x，x≤0.07］，這種不穩定态硫化亞鐵在有空氣的潮濕環境中，會逐步氧化形成硫酸亞鐵，二價鐵具有強還原性，能被繼續氧化形成硫酸鐵礦物，在堿性環境中硫酸鐵水解為氫氧化鐵，在幹燥環境下，氫氧化鐵失水形成三氧化二鐵（鐵鏽），體積膨脹。

若用含黃鐵礦或磁黃鐵礦（其中含不穩定态硫化亞鐵）的母岩制作骨料，當水和空氣（氧氣）通過裂縫和孔洞進入混凝土中時，在混凝土的堿性環境中，骨料中的硫化亞鐵就會被氧化，生成氫氧化鐵，在環境幹燥時，氫氧化鐵失水形成三氧化二鐵，體積膨脹 4 倍，使混凝土鼓包、爆裂、脫落，并在混凝土表面留下難看的色斑。硫化亞鐵在混凝土中的氧化反應須滿足四個條件：溫度、濕度、空氣、約束，當切斷其中 1～2 個條件氧化反應終止。

5 .不适合做機制砂的岩石種類

按強度和硬度分類，是否适合做機制砂的岩石種類分别見表 1 和表 2。

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