砂石質量是影響混凝土質量的關鍵

    我國混凝土中的水泥用量和拌和水比發達國家的至少多用了20%，不僅資源浪費嚴重，而且使硬化后的混凝土開裂敏感性大，威脅結構物的耐久性，而且因多用水泥而間接地嚴重影響減碳經濟，其原因就是砂石質量太差；砂石質量差的原因是大多數砂石生產無人執行砂石標準，也無人監督管理砂石的質量；無人執行和監管砂石標準的原因是不認識砂石在混凝土中的重要作用，存在認為砂石取之不盡、生產砂石很簡單、砂石沒有技術問題等誤區。砂石作為骨架作用主要是穩定混凝土的體積，即使將來砂石比水泥價格高，也不可不用。從可持續發展的目標出發，整頓砂石生產，加強標準的執行和監管已成為刻不容緩的問題。

    產品標準是為了檢驗和檢驗產品質量的標準，然而我國的砂石標準多年來已形同虛設，幾乎無人執行。業內盡人皆知當前我國砂石質量普遍太差。石子松堆空隙率在45%以上（理想粒形和級配的石子松堆空隙率為38%），針片狀顆粒超過10%（西方國家的限值為5%），砂子中含泥量最多的達20%，含石量超過25%。砂石質量不僅是影響混凝土質量的主要因素，而且因此而成為影響我國減碳經濟實施的重要因素。首先，使我國混凝土中的水泥用量、用水量和外加劑用量越來越大。一般來說我國混凝土水泥用量和用水量至少比西方國家的多用20%，若同國外的先進指標相比，可多用30%以上。假設混凝土年消耗量為20億m³，則少說每年多用水泥4億噸，按摻入50%的礦物摻和料計，不算礦物摻和料加工的耗電，則至少多排放CO₂ 2億噸！更重要的是混凝土質量還因此而受到影響，當前工程中頻繁出現的開裂問題，從材料本身來說，主要是不得不多用水、多用水泥的結果。當然，造成工程質量出現問題的原因并不是單一的因素，而且有時也不都是技術問題，但是目前我國基本建設中資源和能源的浪費和混凝土體積開裂敏感性增大的事實，主要的影響因素卻是對砂石質量的忽視。砂石質量關系到建設工程的質量。

    砂石質量太差的原因主要是無人認真執行砂石標準和對其質量的監督、檢驗 ；無人認真執行和監督、檢驗砂石標準的原因主要是對砂石的認識誤區；對砂石質量認識的誤區主要是不了解骨料在混凝土中的重要作用。

一、砂石和混凝土質量的關系

    我國在傳統上把砂石稱作混凝土的骨料，是因為巖石強度很高，對混凝土強度起很大作用，于是對砂石的選擇主要看重強度，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，其結果，名義上的“連續級配”實際上其中5 mm～10 mm的顆粒幾乎沒有。由此也可以說，造成石子現狀也是用戶誤導的結果。雙方對砂石在混凝土中的作用的理解都有誤。

二、骨料和混凝土強度的關系

    過去，在主要使用塑性混凝土的情況下砂石強度確實會不同程度地影響混凝土的強度；上世紀50年代末我國曾經有構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，工作度為20秒以上，只能用于預制構件，在高頻振動臺上加壓強力振搗，工人勞動強度大，噪聲震耳，而且能耗很大，不久就不再生產了。這樣的混凝土強度取決于石子強度和漿體-石子界面的粘接強度，石子對混凝土強度的貢獻顯而易見。當時，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)；上世紀初開始使用流態混凝土（坍落度100mm以上）；石子對混凝土強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，當前普遍都超過200mm),石子在混凝土中呈懸浮狀態，混凝土的強度基本上與骨料強度無關 ?，F在用顆粒強度很低的輕骨料(陶粒)已配制出高強(C50以上)泵送混凝土就是明證。在現代混凝土中，砂石在混凝土中的作用主要不是強度，但卻是不可沒有的關鍵角色。

    然而，當水膠比一定時，砂石用量和粒徑影響混凝土中界面過渡區的厚度和數量，因此對混凝土的強度有影響。當水膠比很大時，石子粒徑對強度的影響不顯著，水膠比越低，影響越大。水膠比一定時，凈漿強度高于砂漿強度，砂漿強度高于混凝土強度。

三、砂石在混凝土中的作用

    大多數混凝土用的普通巖石線脹系數為5×10^-6～13×10^-6/℃，而硬化硅酸鹽水泥凈漿線脹系數為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生很大的收縮，稍有約束，就會嚴重開裂。

    混凝土的收縮S_c與水泥凈漿收縮S_p之比取決于骨料含量a: S_c= S_p(1-a )ⁿ  （n為經驗系數，變動于1.2～1.7，與骨料彈性模量有關 ）?；炷了冶仍酱?，骨料用量對混凝土收縮的影響越大。對混凝土塑性收縮影響的規律也是凈漿＞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律也如此。

四、骨料粒徑和粒形對混凝土其他性能的影響

1、 粒徑的影響

    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??；骨料粒徑大會降低混凝土的抗凍性。

2、粒形的影響

    對于滿足一定強度和密實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量的最重要性質。對混凝土施工性來說，骨料的粒形有時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，等徑狀骨料的比表面積最小，需水量最小，可以同時滿足施工性和強度等硬化混凝土性質。用風化粗?；◢弾r的混凝土的坍落度為195mm時，28天強度可達71.3MPa，而烏石谷的石子屬于致密石灰巖，強度高，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到195mm，其措施一是增大用水量，即增大漿骨比，則既不經濟，又會有更大的開裂敏感性；措施二是提高水膠比，則強度會達不到要求。其所用水灰比降不下來，結果是強度達到68.8MPa時，坍落度才不到150mm，顯然不如使用強度較低但粒形好的的風化粗?；◢弾r。

                石子對混凝土性質的影響

    骨料的粒形明顯影響自密實混凝土的施工性，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個百分點(7% )，遇到鋼筋就被堵塞。

               骨料針片狀顆粒對自密實混凝土康堵塞性能的影響

    我國當前的混凝土“難做”和骨料粒形有很大關系。我國目前常用石子粒形質量的差距。

五、建議

1、骨料質量對混凝土質量，進而對混凝土結構工程質量，尤其是混凝土結構的耐久性，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；骨料質量影響混凝土結構工程的百年大計，不容忽視。實際上，不重視砂石質量，不僅因為無知，而且也涉及對社會和子孫后代的責任！天然資源不可再生，希望政府部門像調控水泥生產一樣地調控砂石的開采和加工，免得當后人需要對我們留下的劣質結構物進行修補加固或重建時，卻已是資源枯竭。

2、混凝土的配合比中充滿了對立統一的因素，盡管自從有了高效減水劑，緩解了若干矛盾，但仍然存在技術人員運用對立統一規律的能力。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，拌和物流動性增加，混凝土彈性模量減小，體積穩定性下降，開裂敏感性增大，強度和抗滲性提高；漿骨比減小時，拌和物流動性減小，強度和抗滲性會下降，但彈性模量會增大，體積穩定性增強，易裂性減??；對骨料粒徑來說，粒徑大小和骨料用量大小的規律一致。平衡這些矛盾靠的是技術人員的水平。

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

4、對砂石質量和生產及管理要求的建議

（1）改變生產工藝，以保證粒形，例如除初破外不能再用顎式破碎機

（2）供應單粒級石子，提高限制粒形的標準，例如針、片狀顆粒至少應小于10%；

（3）要求水洗骨料，帶水供應（尤其是砂），以便于混凝土生產的質量控制；

（4）改變繁瑣的傳統評價骨料級配的方法；

（5）嚴禁在砂石中摻入泥土；

（6）加強合同意識和管理部門的合同管理，完善法律文件。