1.砂石骨料是混凝土的重要組成部分，約占混凝土體積分?jǐn)?shù)的60%以上，廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)工程建設(shè)中。隨著天然砂石的大量開采，河道里的沙石資源變得越來越少，而且開采成本也較高。因此，基于建筑固體廢棄物粉碎制備可再生砂石骨料用于混凝土的研究具有重要意義。本文結(jié)合近幾年砂石骨料在混凝土中的應(yīng)用情況，總結(jié)一些相關(guān)科研工作者的研究成果。將建筑垃圾、廢尾礦等固體廢物粉碎后得到的可再生砂石骨料在混凝土中的利用進行歸納和總結(jié)。

　　2. 混凝土骨料發(fā)展現(xiàn)狀砂石骨料是第二大天然消耗材料。2019年全球的砂石骨料總產(chǎn)量約為500億噸，其中中國的砂石骨料約有200億噸，占全球總產(chǎn)量的進一半。印度的砂石骨料總產(chǎn)量約為50億噸，排名第二。美國砂石骨料總產(chǎn)量約為25億噸，同比增長近5%，總產(chǎn)量排名世界第三。2020年中國混凝土行業(yè)上半年產(chǎn)量約為12億立方米，前九個月的累積總產(chǎn)量約為20億立方米，全國混凝土總產(chǎn)量與2019年持平。但是目前房地產(chǎn)不景氣，基建投資不如預(yù)期，混凝土企業(yè)開工率不足50%，部分區(qū)域甚至不足30%，市場競爭逐漸進入白熱化。與此同時，大型水泥、建材、城投企業(yè)紛紛踏足砂石產(chǎn)業(yè)，砂石產(chǎn)能集中度不斷提高，眾多大型綠色砂石礦山項目相繼落地。面對砂石市場供需失衡、產(chǎn)能過剩，砂石價格一跌再跌的市場困境。決定企業(yè)是否具有競爭力的關(guān)鍵是保證品質(zhì)的情況下節(jié)約成本。

　　決定成本的首要因素是礦山的區(qū)域位置，在排除區(qū)域位置干擾的前提下，產(chǎn)品的品質(zhì)及生產(chǎn)線的工藝就會成為企業(yè)盈利的關(guān)鍵。

　　3. 砂石骨料生產(chǎn)成本控制

　　近年來，很多企業(yè)把重點放在綠色環(huán)保上，在礦山生態(tài)環(huán)境建設(shè)方面投入巨額資金，忽視了砂石生產(chǎn)線的設(shè)計和建設(shè)不合理這一重要問題，導(dǎo)致項目生產(chǎn)運營費用過高。在施工過程中對施工質(zhì)量進行控制，主要控制混凝土拌和、混凝土運輸入倉、混凝土澆筑和混凝土振搗作業(yè)過程。通過制定混凝土骨料的產(chǎn)品質(zhì)量等級和市場價格，可以有效提升混凝土砂石骨料的市場競爭力。采取的措施包括，粒徑尺寸控制、含砂量大小等。對于不同類型的礦山和地域市場需求多樣化特點，制砂工藝的選擇尤為重要。有針對性的分析礦山母巖的物理化學(xué)性質(zhì)，再結(jié)合企業(yè)產(chǎn)品的市場定位，量身定制的工藝方案，既可以用技術(shù)來保障產(chǎn)品品質(zhì)，又可以在設(shè)計階段就做好生產(chǎn)成本的預(yù)設(shè)和把控。

　　對礦山母巖制備砂石骨料的生產(chǎn)流程進行設(shè)計，對礦山母巖進行物理化學(xué)分析后，設(shè)計出有針對性的生產(chǎn)方案，通過兩級、三級，甚至四級破碎方案，保障各工藝段具有合理的破碎比，進而保障合理的能耗值和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，還要對砂石骨料產(chǎn)品進行優(yōu)化設(shè)計，針對高品質(zhì)骨料的級配、粒型等核心要求，工藝設(shè)計圍繞以上核心點進行產(chǎn)品優(yōu)化設(shè)計，有選擇的“多篩少破”和整形，提升產(chǎn)品品質(zhì)。同時保證砂石骨料的破碎工藝簡潔，設(shè)備使用、維護方便，操作簡單、維修方便的“傻瓜機”是骨料生產(chǎn)線第一選擇。此外，還要求建材設(shè)備數(shù)量要少，型號盡可能統(tǒng)一。因為設(shè)備數(shù)量少，故障點減少，土建費用也會相應(yīng)降低。型號統(tǒng)一，備品備件費用低，管理方便。最后還要求設(shè)備運轉(zhuǎn)率高，對于砂石骨料生產(chǎn)線來說，最核心的指標(biāo)是運行穩(wěn)定，高運轉(zhuǎn)率高意味著高效能，低成本。

　　4. 再生砂石骨料混凝土

　　在利用銅尾礦制備機制砂的過程中發(fā)現(xiàn)，對銅礦區(qū)域的廢石不需要進行區(qū)分可直接利用，同時銅尾礦廢石還具有優(yōu)異的力學(xué)性能，用銅尾礦廢料制備的機制砂可滿足混凝土骨料的強度要求。用鐵尾礦廢石制備的機制砂完全代替天然砂石，制備了鐵尾礦砂石骨料的混凝土，并研究其工作性、力學(xué)性能和耐久性。研究結(jié)果表明：鐵尾礦骨料混凝土的抗氯離子滲透性能、抗碳化性能、抗凍性能及抗硫酸鹽侵蝕性能與天然砂石骨料混凝土都十分接近。嘗試用煤礦中的煤矸石替代天然砂石骨料，對煤矸石的骨料類型和替代比例進行實驗設(shè)計，并對煤矸石骨料混凝土的物理特性、工作性能和流動性進行研究發(fā)現(xiàn)：煤矸石粗骨料相比于其細(xì)骨料對混凝土產(chǎn)品的影響更加顯著。用建筑垃圾制備再生砂制備綠色混凝土，建筑垃圾再生砂粉的含量占混凝土的比例為70%，其制備的輕質(zhì)混凝土及制品實現(xiàn)了節(jié)能低碳生產(chǎn)。對沙千水庫拱壩的混凝土砂石骨料進行試驗和分析，通過對壩址區(qū)巖屑石英砂巖的系列試驗分析發(fā)現(xiàn)：采用沙千水庫當(dāng)?shù)厣皫r料加工大壩填筑混凝土砂石骨料的方案具有較高的合理性，而且大壩混凝土的技術(shù)參數(shù)、工程適應(yīng)性好，對拱壩進行混凝土填筑后大壩整體安全性較高。

　　研究了水工混凝土中粗細(xì)骨料對混凝土性能的影響，發(fā)現(xiàn)碎石骨料的粒型的均勻性、形狀、顆粒級配等因素可以提高混凝土中骨料的堆積程度，降低孔隙率，減少水泥砂漿的填充用量，這大大降低了水工混凝土的生產(chǎn)成本。也研究了砂石骨料對混凝土性能的影響，對砂石骨料的成分進行分析，并對混凝土的組分、結(jié)構(gòu)、材料進行了分析，闡述了提高砂石骨料品質(zhì)的要點和方法。研究了砂石骨料中石粉的含量對混凝土工作性能、耐久性和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明：混凝土中水泥砂漿的流動性隨石粉含量的增加而降低，混凝土的干縮率和抗壓強度隨石粉含量的增加而增大。設(shè)計了混凝土骨料級配優(yōu)化方案及評價方法，針對混凝土進行細(xì)骨料級配優(yōu)化，有效地改善了混凝土的工作性能和力學(xué)性能。對特種骨料混凝土進行了綜述分析，重點對輕骨料混凝土、重混凝土以及再生骨料混凝土三類特種骨料混凝土的研究進展與發(fā)展趨勢進行總結(jié)，介紹了特種骨料的性質(zhì)、混凝土界面過渡區(qū)結(jié)構(gòu)與混凝土施工性能等方面的技術(shù)現(xiàn)狀。上述這些砂石骨料混凝土的研究對土工混凝土的未來發(fā)展方向具有一定的指導(dǎo)意義。制備的珊瑚-海水-海砂混凝土的形貌，珊瑚-海水-海砂混凝土在壓剪復(fù)合作用下的力學(xué)性能。設(shè)計了54個混凝土試件進行剪切試驗，考慮了不同的正應(yīng)力比、養(yǎng)護齡期和不同骨料類型等參數(shù)。通過觀察試件在壓剪應(yīng)力聯(lián)合作用下的損傷形態(tài)，得到了珊瑚-海水-海砂混凝土的剪切應(yīng)力-位移曲線。此外作者分析了不同正應(yīng)力比對珊瑚-海水-海砂混凝土試件抗剪強度、峰值剪切位移和損傷演化模式的影響。還提出了兩種更能反映壓剪聯(lián)合作用下CSSC抗剪強度的破壞模型，建立了不同法向應(yīng)力比下的珊瑚-海水-海砂混凝土的壓剪損傷本構(gòu)模型。

　　通過使用工業(yè)廢物陶瓷拋光渣、廢玻璃作為輕質(zhì)膨脹混凝料來生成輕質(zhì)混凝土骨料，然后將這種輕質(zhì)骨料在中試規(guī)模實驗中用作粗骨料制備輕質(zhì)混凝土和多孔混凝土，以實現(xiàn)在結(jié)構(gòu)、隔熱和隔音方面的應(yīng)用。輕質(zhì)混凝土的技術(shù)性能符合輕量化結(jié)構(gòu)混凝土抗壓強度大于25MPa，實驗中制備的泡沫混凝土測得的熱導(dǎo)率范圍在18~24 W*m-1K-1之間，滿足混凝土的標(biāo)準(zhǔn)要求。

　　采用天然骨料設(shè)計了兩種設(shè)計混合料。用再生粗骨料代替天然粗骨料，用石粉代替天然河砂，得到了0~100%的等效混合料。通過添加不同劑量的高效增塑劑，不同混料的坍落度值大致相同。評估了混凝土在硫酸鹽侵蝕和高溫下的耐久性。試驗結(jié)果表明，利用這些廢棄物制備優(yōu)質(zhì)混凝土具有良好的前景。研究還發(fā)現(xiàn)，以再生混凝土骨料為粗骨料、石粉替代河砂40%的混凝土在強度和耐久性方面取得了較好的效果。研究石粉摻量對機制砂混凝土碳化性能的影響，以提高機制砂混凝土的耐久性，促進機制砂的應(yīng)用。用不同石粉含量的機制砂混凝土測試了碳化深度、孔隙溶液pH和鋼筋的半電池電位。利用掃描電鏡分析了機制砂混凝土碳酸化的機理，實驗結(jié)果表明，隨著石粉含量的增加，鋼筋碳化深度和腐蝕概率先減小后增大。機制砂混凝土孔隙溶液的碳酸化深度和pH可劃分為完全碳酸化帶、部分碳酸化帶和非碳酸化帶。當(dāng)石粉含量為7%時，在不同碳化年齡下，碳化深度達(dá)到最小值，螺紋鋼半胞電位達(dá)到最大值，部分碳化帶的末端深度和長度達(dá)到最小值。碳化年齡為120 天且石粉含量超過7%時，鋼筋半電池電位僅處于中概率腐蝕區(qū)，其余情況均處于低概率腐蝕區(qū)。電子顯微圖像表明，低石粉含量通過物理充填和化學(xué)反應(yīng)增加混凝土密度。然而，高石粉含量降低了混凝土的工作性能，增加了混凝土成型后的孔隙率。因此，綜合評價石粉的碳化性能時，石粉的最佳摻量為7%。

　　以河西-百色高速公路工程為例，對數(shù)字控制機制砂清潔生產(chǎn)和再生石粉生態(tài)利用進行了研究。該新型生產(chǎn)系統(tǒng)不僅可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的制砂，還可以回收廢石粉，減少環(huán)境污染。與普通制砂相比，數(shù)字控制機制砂具有更合理的級配、可修改的顆粒形狀和可調(diào)節(jié)的石粉含量，這將大大簡化數(shù)字控制機制砂的生態(tài)應(yīng)用。對不同工程配合比下細(xì)骨料類型和石粉摻量的性能進行了評價。結(jié)果表明:與普通機制砂混凝土相比，摻數(shù)字控制機制砂混凝土的工作性能平均提高16.19%，強度平均提高7.1%，并具有優(yōu)異的抗氯離子滲透性能。數(shù)字控制機制砂的應(yīng)用也降低了混凝土中水泥和補充膠凝材料的含量。再生石粉全面應(yīng)用于制砂的數(shù)字化控制清潔生產(chǎn)。實現(xiàn)了廢石、廢石、廢塵、廢漿等固體廢物的零排放，取得了顯著的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。Miah等[20]用高達(dá)75%的廢輪胎細(xì)骨料代替砂制備的混凝土的機械強度、收縮率、耐久性和結(jié)構(gòu)性能。實驗結(jié)果表明，隨著廢輪胎細(xì)骨料含量的增加，坍落度、干密度和機械強度均降低。當(dāng)廢輪胎細(xì)骨料含量為75%時，混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度分別降低了71~77%和59 ~62%。當(dāng)廢輪胎細(xì)骨料含量為75%時，楊氏模量下降約71~77%。相比之下，75% 廢輪胎細(xì)骨料的梁的抗彎承載力下降了約63-69%。100天的收縮率試驗顯示，廢輪胎細(xì)骨料在20%以下時混凝土沒有明顯的收縮率。統(tǒng)計分析顯示，在混凝土中摻入廢輪胎細(xì)骨料對機械和耐久性性能沒有顯著影響。結(jié)果表明，在許多設(shè)計強度不高的結(jié)構(gòu)混凝土中，20%的廢輪胎細(xì)骨料可以用作河砂的替代品。將廢鑄造砂和花崗巖廢料作為混凝土的替代材料。選擇了高強混凝土標(biāo)號M50，并確定了其配合比。將廢鑄造砂部分置換為細(xì)骨料。按細(xì)骨料重量計算，廢鑄造砂部分替代率分別為5%、10%、15%、20%、25%、30%。研究者將廢花崗巖的比例固定為20%。以20%花崗巖廢料為原料，采用不同比例的廢鑄造砂澆筑混凝土立方體和圓柱體。對部分置換混凝土試件進行了抗壓強度試驗和劈裂抗拉強度試驗?；旌虾蟮幕炷撂钚阅芘c市售混凝土相當(dāng)。因此，廢鑄造砂和花崗巖廢料可以作為建筑領(lǐng)域較好的建材替代品。在機制砂中加入采石場石灰粉后，研究自固結(jié)混凝土的流變學(xué)、力學(xué)和耐久性性能。實驗配制了五種不同的機制砂混合物，水灰比為0.40，水泥含量為490 kg/m3。這些混合物樣品中以不同的比例用破碎的石灰石代替破碎的沙子。利用流變儀對所獲得的機制砂混合料進行坍落度流動試驗、漏斗流動時間試驗、抗偏析試驗和流變試驗。在28天的養(yǎng)護期結(jié)束時，對機制砂混合物的抗壓、抗拉和抗彎強度進行了評估。結(jié)果表明：提高細(xì)灰?guī)r在機制砂混合料中的替代量，可以降低坍落度流動和屈服應(yīng)力，并對優(yōu)化配合比下的第7天和第28天立方體進行了掃描電鏡和X射線衍射分析。通過圖像對混凝土的顯微結(jié)構(gòu)分析，并測試其抗壓強度。所有的機制砂組合混凝土試驗品都具有較好的填充和通過能力，并且沒有發(fā)現(xiàn)任何分離現(xiàn)象。使用石灰石粉代替碎砂還可以減少混凝土內(nèi)部毛細(xì)血管吸收的水量，阻止氯離子的移動，從而提高混凝土的性能。

　　5. 展望

　　與天然砂石充當(dāng)混凝土骨料相比，可再生砂石在環(huán)境和經(jīng)濟兩方面都具有重要意義。大量的研究表明眾多固廢粉碎后作為可再生骨料在混凝土制品生產(chǎn)過程中都有著巨大的應(yīng)用潛力。

　　機制砂生產(chǎn)設(shè)備——樓站式機制砂生產(chǎn)系統(tǒng)，在生產(chǎn)加工機制砂過程中具有一定的代表性。以鄭州鼎盛個工程技術(shù)有限公司為例，該公司在內(nèi)蒙古建設(shè)的花崗巖破碎制砂項目，以花崗巖為原料，經(jīng)粗破碎、中細(xì)破碎、整形篩分和除土篩分處理后，獲得0-5mm、5-10mm、10-20mm、20-31.5mm的成品，現(xiàn)已投產(chǎn)月余，運行效果良好，受到用戶高度贊揚。