砂石质量是影响混凝土质量的关键

    我国混凝土中的水泥用量和拌和水比发达国家的至少多用了20%，不仅资源浪费严重，而且使硬化后的混凝土开裂敏感性大，威胁结构物的耐久性，而且因多用水泥而间接地严重影响减碳经济，其原因就是砂石质量太差；砂石质量差的原因是大多数砂石生产无人执行砂石标准，也无人监督管理砂石的质量；无人执行和监管砂石标准的原因是不认识砂石在混凝土中的重要作用，存在认为砂石取之不尽、生产砂石很简单、砂石没有技术问题等误区。砂石作为骨架作用主要是稳定混凝土的体积，即使将来砂石比水泥价格高，也不可不用。从可持续发展的目标出发，整顿砂石生产，加强标准的执行和监管已成为刻不容缓的问题。

    产品标准是为了检验和检验产品质量的标准，然而我国的砂石标准多年来已形同虚设，几乎无人执行。业内尽人皆知当前我国砂石质量普遍太差。石子松堆空隙率在45%以上（理想粒形和级配的石子松堆空隙率为38%），针片状颗粒超过10%（西方国家的限值为5%），砂子中含泥量最多的达20%，含石量超过25%。砂石质量不仅是影响混凝土质量的主要因素，而且因此而成为影响我国减碳经济实施的重要因素。首先，使我国混凝土中的水泥用量、用水量和外加剂用量越来越大。一般来说我国混凝土水泥用量和用水量至少比西方国家的多用20%，若同国外的先进指标相比，可多用30%以上。假设混凝土年消耗量为20亿m³，则少说每年多用水泥4亿吨，按掺入50%的矿物掺和料计，不算矿物掺和料加工的耗电，则至少多排放CO₂ 2亿吨！更重要的是混凝土质量还因此而受到影响，当前工程中频繁出现的开裂问题，从材料本身来说，主要是不得不多用水、多用水泥的结果。当然，造成工程质量出现问题的原因并不是单一的因素，而且有时也不都是技术问题，但是目前我国基本建设中资源和能源的浪费和混凝土体积开裂敏感性增大的事实，主要的影响因素却是对砂石质量的忽视。砂石质量关系到建设工程的质量。

    砂石质量太差的原因主要是无人认真执行砂石标准和对其质量的监督、检验 ；无人认真执行和监督、检验砂石标准的原因主要是对砂石的认识误区；对砂石质量认识的误区主要是不了解骨料在混凝土中的重要作用。

一、砂石和混凝土质量的关系

    我国在传统上把砂石称作混凝土的骨料，是因为岩石强度很高，对混凝土强度起很大作用，于是对砂石的选择主要看重强度，有解理的岩石，破碎的颗粒越小，针片状颗粒越多，致使公称粒径5mm～10 mm的颗粒需水量很大，其结果，名义上的“连续级配”实际上其中5 mm～10 mm的颗粒几乎没有。由此也可以说，造成石子现状也是用户误导的结果。双方对砂石在混凝土中的作用的理解都有误。

二、骨料和混凝土强度的关系

    过去，在主要使用塑性混凝土的情况下砂石强度确实会不同程度地影响混凝土的强度；上世纪50年代末我国曾经有构件厂使用过干硬性混凝土，水灰比低、浆体含量少，拌和物没有坍落度，用V-B稠度仪检测时，工作度为20秒以上，只能用于预制构件，在高频振动台上加压强力振捣，工人劳动强度大，噪声震耳，而且能耗很大，不久就不再生产了。这样的混凝土强度取决于石子强度和浆体-石子界面的粘接强度，石子对混凝土强度的贡献显而易见。当时，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)；上世纪初开始使用流态混凝土（坍落度100mm以上）；石子对混凝土强度的作用随浆骨比的增大而减小。在泵送混凝(坍落度150mm以上，当前普遍都超过200mm),石子在混凝土中呈悬浮状态，混凝土的强度基本上与骨料强度无关 。现在用颗粒强度很低的轻骨料(陶粒)已配制出高强(C50以上)泵送混凝土就是明证。在现代混凝土中，砂石在混凝土中的作用主要不是强度，但却是不可没有的关键角色。

    然而，当水胶比一定时，砂石用量和粒径影响混凝土中界面过渡区的厚度和数量，因此对混凝土的强度有影响。当水胶比很大时，石子粒径对强度的影响不显著，水胶比越低，影响越大。水胶比一定时，净浆强度高于砂浆强度，砂浆强度高于混凝土强度。

三、砂石在混凝土中的作用

    大多数混凝土用的普通岩石线胀系数为5×10^-6～13×10^-6/℃，而硬化硅酸盐水泥净浆线胀系数为11 ×10^-6～20×10^-6/℃，二者相差约1倍。如果没有骨料，水泥净浆硬化后会产生很大的收缩，稍有约束，就会严重开裂。

    混凝土的收缩S_c与水泥净浆收缩S_p之比取决于骨料含量a: S_c= S_p(1-a )ⁿ  （n为经验系数，变动于1.2～1.7，与骨料弹性模量有关 ）。混凝土水灰比越大，骨料用量对混凝土收缩的影响越大。对混凝土塑性收缩影响的规律也是净浆＞砂浆＞混凝土，而混凝土水泥用量越大（骨料越少）影响越大。骨料对混凝土自收缩影响的规律也如此。

四、骨料粒径和粒形对混凝土其他性能的影响

1、 粒径的影响

    骨料水灰比越大，骨料粒径对混凝土渗透性的越大，砂浆的这种影响最小；骨料粒径大会降低混凝土的抗冻性。

2、粒形的影响

    对于满足一定强度和密实性要求的混凝土来说，拌和物的施工性是保证混凝土最后质量的最重要性质。对混凝土施工性来说，骨料的粒形有时比级配的影响还要大。理想的骨料粒形呈等径状（即宏观球形）。表面粗糙程度相同时，等径状骨料的比表面积最小，需水量最小，可以同时满足施工性和强度等硬化混凝土性质。用风化粗粒花岗岩的混凝土的坍落度为195mm时，28天强度可达71.3MPa，而乌石谷的石子属于致密石灰岩，强度高，但粒形不好，，因混凝土拌和物需水量大，在满足混凝土强度要求的水灰比下，拌和物流动性较差。如要保证坍落度也达到195mm，其措施一是增大用水量，即增大浆骨比，则既不经济，又会有更大的开裂敏感性；措施二是提高水胶比，则强度会达不到要求。其所用水灰比降不下来，结果是强度达到68.8MPa时，坍落度才不到150mm，显然不如使用强度较低但粒形好的的风化粗粒花岗岩。

                石子对混凝土性质的影响

    骨料的粒形明显影响自密实混凝土的施工性，如表4所示， K53和K60相比，K67和和K61相比，配合比相同，流动性一致，K53和K67（石子针片状颗粒为5%）能很好地通过钢筋，而K60和K61只因石子中的针片状颗粒多了2个百分点(7% )，遇到钢筋就被堵塞。

               骨料针片状颗粒对自密实混凝土康堵塞性能的影响

    我国当前的混凝土“难做”和骨料粒形有很大关系。我国目前常用石子粒形质量的差距。

五、建议

1、骨料质量对混凝土质量，进而对混凝土结构工程质量，尤其是混凝土结构的耐久性，举足轻重，没有骨料就没有混凝土，即使有朝一日砂石比水泥还贵，也必须使用；骨料质量影响混凝土结构工程的百年大计，不容忽视。实际上，不重视砂石质量，不仅因为无知，而且也涉及对社会和子孙后代的责任！天然资源不可再生，希望政府部门像调控水泥生产一样地调控砂石的开采和加工，免得当后人需要对我们留下的劣质结构物进行修补加固或重建时，却已是资源枯竭。

2、混凝土的配合比中充满了对立统一的因素，尽管自从有了高效减水剂，缓解了若干矛盾，但仍然存在技术人员运用对立统一规律的能力。其中对骨料用量来说，在水胶比一定的条件下，增大浆骨比时，拌和物流动性增加，混凝土弹性模量减小，体积稳定性下降，开裂敏感性增大，强度和抗渗性提高；浆骨比减小时，拌和物流动性减小，强度和抗渗性会下降，但弹性模量会增大，体积稳定性增强，易裂性减小；对骨料粒径来说，粒径大小和骨料用量大小的规律一致。平衡这些矛盾靠的是技术人员的水平。

3、提高砂石质量也需要形成买方市场，砂石用户首先要转变观念，不能为图便宜或能欠账等一己私利损害社会的利益。

4、对砂石质量和生产及管理要求的建议

（1）改变生产工艺，以保证粒形，例如除初破外不能再用颚式破碎机

（2）供应单粒级石子，提高限制粒形的标准，例如针、片状颗粒至少应小于10%；

（3）要求水洗骨料，带水供应（尤其是砂），以便于混凝土生产的质量控制；

（4）改变繁琐的传统评价骨料级配的方法；

（5）严禁在砂石中掺入泥土；

（6）加强合同意识和管理部门的合同管理，完善法律文件。