近年來，機(jī)制砂石產(chǎn)業(yè)迅速發(fā)展，干法生產(chǎn)成為行業(yè)的主要工藝之一，而干法生產(chǎn)機(jī)制砂石不可避免的產(chǎn)生大量石粉，如何利用好石粉成為下游混凝土企業(yè)的難題，也是影響砂石生產(chǎn)企業(yè)的痛點之一。

在2023年3月28日，由江蘇省砂石協(xié)會籌備組牽頭組織召開的以“打造砂石命運共同體，賦能綠色建材科技新發(fā)展”為主題的2023江蘇省砂石發(fā)展及綠色建材轉(zhuǎn)型升級專業(yè)論壇上，中國砂石協(xié)會融媒體中心專訪了中國建筑科學(xué)研究院總工程師冷發(fā)光，請他為我們講述——石粉的綜合利用及未來砂石骨料的發(fā)展方向。

中國建筑科學(xué)研究院總工程師 冷發(fā)光會

冷發(fā)光：機(jī)制砂的應(yīng)用在我國是大勢所趨，隨著天然河砂的禁采和限產(chǎn)，機(jī)制砂的使用會越來越多。論壇上，據(jù)中國砂石協(xié)會會長胡幼奕介紹，目前我國機(jī)制砂石應(yīng)用占比已超過80%，天然砂石的市場占比不足20%。機(jī)制砂最大的一個特點就是粉體含量較多，也就是所謂的石粉。同樣是石粉，不同的巖石、不同的工藝加工出的機(jī)制砂，石粉的含量和成分差別是比較大的，對混凝土性能的影響也有差異。到底怎么用，對于機(jī)制砂來說，石粉含量可參考國標(biāo)、行標(biāo)的相關(guān)規(guī)定。當(dāng)然，對于某一個指標(biāo)，目前指定的標(biāo)準(zhǔn)中有相一致的，也有不一致的地方，這是由大家根據(jù)不同的研究應(yīng)用經(jīng)驗所決定的。不同行業(yè)的工程對石粉的認(rèn)識也不太一樣，經(jīng)驗積累多少也不一樣，所以有差別。但是總體來說就在我們這次建筑用砂國標(biāo)修訂以前，從國家整體角度說，石粉的用量是不能超過10%，國標(biāo)修訂后Ⅰ類機(jī)制砂的石粉含量根據(jù)亞甲藍(lán)值判斷最高不超過15%，這個是對于普通的一般的工程。要是重要的工程，不能超過3%，如果在鐵路、核電等行業(yè)要求將會更嚴(yán)格。

隨著機(jī)制砂的應(yīng)用規(guī)模越來越大，石粉的產(chǎn)生是必然的、不可避免的。如果不能合理使用，一方面會造成資源浪費，另一方面也會產(chǎn)生新的環(huán)境問題。如何把石粉利用起來，是我們必須要解決的問題。這方面，中國建材科學(xué)研究院做了很多研究，國家的課題、工程的實踐技術(shù)咨詢，包括我們在制修訂標(biāo)準(zhǔn)前后，本身做的一些研究工作，積累了不少經(jīng)驗。在此次論壇的報告中，我介紹了新的石粉含量配合比設(shè)計思路。大家知道混凝土之所以成為科學(xué)，水膠比和強(qiáng)度有其基本的線性關(guān)系，這是我們對應(yīng)學(xué)科的基礎(chǔ)。但是如果石粉的應(yīng)用、配合比設(shè)計還按照傳統(tǒng)的方法，會發(fā)現(xiàn)它不滿足線性。我們發(fā)現(xiàn)如果適度調(diào)整一部分的話，就能把石粉用得比較好?，F(xiàn)有研究，包括工程實踐的經(jīng)驗得出，石粉用量低于5%以下時不要算作膠凝材料，就算作機(jī)制砂中的石粉；如實際用量達(dá)到10%時，剩余的5%算膠凝成分，但又不是全部算。適當(dāng)調(diào)整水膠比和膠凝材料，在去做配合比設(shè)計時，就會發(fā)現(xiàn)水膠比與強(qiáng)度在混凝土中呈現(xiàn)的規(guī)律性就比原來好得多。這樣既能夠把石粉充分利用起來，又能夠用得比較好，還能夠降低成本，解決固廢的問題。

中國砂石協(xié)會：面對不同巖性的巖石，其對應(yīng)的石粉綜合利用有什么不同？

冷發(fā)光：巖性不同，石粉差別比較大。現(xiàn)在行業(yè)中用的相對比較成熟的是石灰石粉，無論在建工行業(yè)、水利行業(yè)都用得比較早。石灰石粉應(yīng)用比較廣泛，主要是因為石灰?guī)r的巖性、強(qiáng)度、軟硬程度都適合，這種母巖做出來的石粉特性比較穩(wěn)定。大部分石灰石粉帶有一定的減水效果，所以混凝土的工作性可以得到改善，工作性一改善，水膠比就可以降下來，外加劑的用量也可以降下來了，混凝土的強(qiáng)度也不會受到影響。但片麻巖、花崗巖、凝灰?guī)r等的成巖作用不同，其產(chǎn)生的石粉吸附性差別非常大。如果說石灰石粉可以用到10%，那片麻巖石粉可能就不能用到10%。當(dāng)然，這也需要看應(yīng)用于什么樣的工程，不同的工程，石粉對混凝土強(qiáng)度、收縮、抗氯離子等性能的影響跟環(huán)境條件有關(guān)。

石粉的粒徑不同，對混凝土的性能就有不同的影響，這涉及到級配的問題。以前混凝土講級配，主要是講砂石的級配。但把混凝土做好，不僅僅局限于砂石，還需要與粉體、水泥、水泥摻和料混在一起講級配，這方面強(qiáng)調(diào)的是物理級配。對于不同材料匹配以后，它的化學(xué)產(chǎn)物微觀的匹配，叫化學(xué)級配。物理級配是填充，化學(xué)級配看物質(zhì)的化學(xué)組成，兩個級配的綜合考慮將會對混凝土的制備技術(shù)有很大的提升。

中國砂石協(xié)會：我們了解到，砂石骨料的五大來源中有一部分是再生骨料。對于再生骨料破碎生產(chǎn)的砂石中含有的石粉和磚粉等粉體，是否也可以和傳統(tǒng)石粉一樣，將其應(yīng)用于混凝土中？

冷發(fā)光：在再生骨料的標(biāo)準(zhǔn)中，需要區(qū)分它的應(yīng)用場合，比如：再生混凝土做的骨料，我們將之分成優(yōu)等級和合格品，優(yōu)等級用于C30以上的混凝土，合格品用于C30以下的混凝土。因骨料本身有差別，其粉體差異就更顯著，再生粉體應(yīng)用需與機(jī)制砂中的石粉應(yīng)用區(qū)別開來，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對其的應(yīng)用摻量、指標(biāo)及場合都有嚴(yán)格的規(guī)定。

中國砂石協(xié)會：您是研究高性能混凝土方面的專家，請您從高性能混凝土方面，為我們講解未來砂石骨料的發(fā)展方向。

冷發(fā)光：目前，國家基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)模龐大，對大多數(shù)建筑工程來說，經(jīng)過10年以上時間會出現(xiàn)收縮開裂及耐久性問題。延長建筑工程使用壽命，解決耐久性等相關(guān)問題是高性能混凝土的重要研究方向。其中對原材料的品質(zhì)要求相當(dāng)嚴(yán)格，用高品質(zhì)砂石骨料才能真正做出高性能混凝土。

首先，在技術(shù)效果方面，高品質(zhì)骨料制備的混凝土工作性容易滿足，不易開裂，水泥用量、膠凝材料、漿體、用水量及外加劑用量都可以降下來，在經(jīng)濟(jì)值綜合程度上來說是非常好的。其次，高品質(zhì)骨料制備的混凝土耐久性的提高對社會價值和環(huán)境價值貢獻(xiàn)更大。所以現(xiàn)在國家標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)的高品質(zhì)砂石骨料在其粒形、級配及有害物質(zhì)含量、合適的粉體含量等方面有著較嚴(yán)格的要求。優(yōu)質(zhì)常規(guī)的原材料加上優(yōu)化的配合比設(shè)計，就能做出滿足設(shè)計要求的高性能混凝土，也對現(xiàn)在的“雙碳”“綠色”發(fā)展戰(zhàn)略非常有好處。