鄧其林，劉興龍，宋海洋，鄒福安，白體新

（1.江西科之杰新材料有限公司，江西 南昌 330013；2.建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所，北京 100024）

0 引言

混凝土產(chǎn)業(yè)是建材行業(yè)中經(jīng)濟(jì)規(guī)模和潛在規(guī)模較大的產(chǎn)業(yè)?；炷痢⑺嗪凸橇先灰惑w，密不可分，水泥和骨料的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況將對混凝土產(chǎn)業(yè)行成直接的影響。根據(jù)中國水泥網(wǎng)水泥大數(shù)據(jù)研究院數(shù)據(jù)統(tǒng)計，2018年，全國砂石骨料新投產(chǎn)產(chǎn)能 2.52 億噸。隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，引發(fā)天然砂資源的嚴(yán)重匱乏，天然砂資源供應(yīng)已不能滿足當(dāng)前混凝土的建設(shè)，因此機(jī)制砂的使用已成為一種必然趨勢。為了進(jìn)一步規(guī)劃機(jī)制砂產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，化解混凝土市場中建設(shè)用砂的市場供應(yīng)矛盾，確保建筑工程的建設(shè)需求，日前，江西省發(fā)布《江西省機(jī)制砂產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2020-2025 年）》的產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。規(guī)劃中提到，至 2025 年，江西省機(jī)制砂年產(chǎn)能達(dá)8000 萬噸左右，其中：天然巖石機(jī)制砂、廢石機(jī)制砂合計達(dá) 6000 萬噸左右，再生機(jī)制砂達(dá) 2000 萬噸左右。因此，江西省機(jī)制砂推廣和應(yīng)用已進(jìn)入高速發(fā)展階段。

1 機(jī)制砂物理性能分析

本次市場調(diào)研主要從收集到江西南昌（編號 JX1、JX2、JX3）、九江（編號 JX4、JX5、JX6）、贛州（編號 JX7、JX8、JX9）、撫州（編號 JX10、JX11、JX12）、上饒（編號 JX13、JX14、JX15）、宜春（編號 JX16、JX17、JX18）6 個地級市的樣品中選取有代表性的 18 種機(jī)制砂樣品進(jìn)行分析，其中分析的指標(biāo)主要有：細(xì)度模數(shù)、石粉含量、MB 值、堆積密度和壓碎值指標(biāo)。

1.1 試驗方法

按照 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》的標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。

1.2 機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中對砂的分類，按照細(xì)度模數(shù)分為粗、中、細(xì)三種規(guī)格，其細(xì)度模數(shù)分別為：粗砂 3.7～3.1、中砂 3.0～2.3、細(xì)砂 2.2～1.6。對機(jī)制砂的顆粒級配數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，得到機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)如表 1、表 2 和圖 1、圖 2 所示。

表1 機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)

表2 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)差異

圖1 機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)

圖2 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)差異

由圖表 1、2 可以得出：江西省機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)均值為 3.0，即為中砂。南昌地區(qū)細(xì)度模數(shù)最小為 2.1，最大為 2.8，平均值為 2.6，離散較大，其普遍以中砂為主，低于江西省機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)平均值。九江、贛州、撫州、上饒地區(qū)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)較為穩(wěn)定，離散不大。九江和上饒地區(qū)機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)分別為 3.5 和3.4，達(dá)到粗砂標(biāo)準(zhǔn)，顯著高于江西省機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)平均值。撫州地區(qū)機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)與江西省機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)平均值相同。贛州地區(qū)機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)為2.6，低于江西省機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)平均值，且與南昌地區(qū)相當(dāng)。宜春地區(qū)細(xì)度模數(shù)最小為 2.1，最大為 3.2，平均值為 2.8，離散較大，且粗砂、中砂兼有，機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)低于江西省機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)平均值。從六個地區(qū)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)平均值可以看出，最小為 2.6，最大為 3.5，且省內(nèi)平均細(xì)度模數(shù)為 3.0，省內(nèi)機(jī)制砂分布離散較大。其中九江、上饒地區(qū)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)偏大，因其地域性原因（九江地區(qū)市場能夠供應(yīng)細(xì)度模數(shù)在1.6 左右的細(xì)砂互摻使用，上饒地區(qū)同等強(qiáng)度等級混凝土配合比膠凝材料用量普遍高于其他地區(qū)），能夠改善因機(jī)制砂偏粗造成混凝土和易性差。

1.3 石粉含量

將全省機(jī)制砂石粉含量測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如表 3、表 4 和圖 3、圖 4 所示。

表3 石粉含量 %

表4 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均石粉含量差異 %

由圖表 3 和 4 可以看出：江西省地區(qū)機(jī)制砂平均含粉量為 8.2%。其中九江、贛州、上饒地區(qū)機(jī)制砂石粉含量相對穩(wěn)定，離散較小。南昌、撫州、宜春地區(qū)機(jī)制砂石粉含量相差較大，離散較大。從各個地區(qū)分析，南昌地區(qū)平均石粉含量為 15.0%，顯著高于江西省地區(qū)石粉含量平均值，且所取的單個機(jī)制砂石粉含量均高于省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值。九江地區(qū)石粉含量為 4.0%，顯著低于省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值，且石粉含量相對穩(wěn)定。贛州地區(qū)石粉含量為 6.4%，低于省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值，但其石粉含量普遍高于九江地區(qū)。撫州地區(qū)石粉含量為 8.7% 與省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值相近，其機(jī)制砂石粉含量分布區(qū)間較廣，高于或低于省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值的石粉含量均存在。上饒地區(qū)石粉含量為 4.0%，顯著低于省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值，與九江地區(qū)石粉含量相當(dāng)。宜春地區(qū)平均石粉含量為 11.3%，顯著高于江西省地區(qū)石粉含量平均值，其機(jī)制砂石粉含量分布區(qū)間較廣，高于或低于省內(nèi)機(jī)制砂石粉含量平均值的石粉含量均存在，在所取機(jī)制砂 6 個區(qū)域中機(jī)制砂石粉含量離散最大。

圖3 機(jī)制砂石粉含量

圖4 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均石粉含量差異

1.4 機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)與石粉含量分析

為了討論機(jī)制砂的石粉含量和細(xì)度模數(shù)之間的關(guān)系，將全省機(jī)制砂石粉含量測試和細(xì)度模數(shù)測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如圖 5 所示。

圖5 細(xì)度模數(shù)和石粉含量關(guān)系

由圖 5 可知，機(jī)制砂的石粉含量與細(xì)度模數(shù)呈線性關(guān)系，隨著石粉含量的增大機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)呈遞減趨勢，相關(guān)系數(shù)是 R2=0.669，表明兩者相關(guān)關(guān)系較大。原因為機(jī)制砂破碎過程中，各級配檔位分布具有一定穩(wěn)定性，因其石粉含量部分增加，其余級配篩余相對減少，細(xì)度模數(shù)相應(yīng)有所增加。且石粉含量越高，說明機(jī)制砂粉磨更充分或原材料易于破碎，因此，機(jī)制砂細(xì)組分篩余相對偏高，也會導(dǎo)致細(xì)度模數(shù)降低。

1.5 MB 值

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中對砂的 MB 值不得大于 1.4g/kg，將全省機(jī)制砂 MB 值測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如表 5、表 6 和圖 6、圖 7 所示。

表5 MB 值 g/kg

表6 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均 MB 值差異 g/kg

由表 5、表 6 和圖 6、圖 7 可以看出：江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB 值平均值為 3.1g/kg，已顯著高于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中砂的 MB 值不得大于1.4g/kg 的指標(biāo)。南昌地區(qū)平均 MB 值為 4.6g/kg，顯著高于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均 MB 值，MB 值離散較大。九江地區(qū)平均 MB 值為 2.5g/kg，低于江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB值平均值，但依然高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，離散較小。贛州地區(qū)平均 MB 值為 1.9g/kg，顯著低于江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB 值平均值，但依然高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，離散較小，為所選地區(qū)中 MB 值平均值最低。撫州地區(qū)平均MB 值為 4.0g/kg，顯著高于江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB 值平均值，離散大。上饒地區(qū)平均 MB 值為 3.8g/kg，高于江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB 值平均值，且所有樣品 MB 值均高于江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB 值平均值，離散較大。宜春地區(qū)平均 MB 值為 2.0g/kg，顯著低于江西省內(nèi)機(jī)制砂 MB 值平均值，但依然高于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。但宜春區(qū)域所選機(jī)制砂中，兩個樣品符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中砂的 MB 值不得大于 1.4g/kg 的指標(biāo)，因其離散大，造成平均 MB 值偏高。

圖6 MB 值

圖7 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均 MB 值差異

1.6 機(jī)制砂 MB 值與石粉含量分析

將全省機(jī)制砂石粉含量測試和 MB 值測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如圖 8 所示。

圖8 MB 值和石粉含量關(guān)系

由圖 8 可知，機(jī)制砂的石粉含量與石粉含量呈二次函數(shù)關(guān)系，隨著石粉含量的增大機(jī)制砂的 MB 值呈遞增趨勢，二次函數(shù)的相關(guān)系數(shù)是 R2=0.100，表明兩者具有一定關(guān)系。原因是亞甲藍(lán)（Methylene Blue），又稱亞甲基藍(lán)，是一種吩噻嗪類染料芳香雜環(huán)化合物，其化學(xué)式為 C16H18N3ClS，常被用作化學(xué)指示劑。亞甲藍(lán)溶液屬于陽離子染料，溶液中含有大量 C16H18N3S+離子，極易吸附在帶有相反電荷的黏土顆粒表面，因石粉含量越高，導(dǎo)致機(jī)制砂比表面積增大，亞甲藍(lán)更為容易被吸附，因此 MB 值升高。但從圖 8 多項式可以看出，石粉含量導(dǎo)致 MB 值升高影響相對較小。

1.7 堆積密度

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中砂的松散堆積密度不小于 1400kg/m3，將全省機(jī)制砂松散堆積密度測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如表 7、表8 和圖 9、圖 10 所示。

表7 堆積密度 kg/m3

表8 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均堆積密度差異 kg/m3

由圖 9、圖 10 可知，江西省內(nèi)機(jī)制砂平均松散堆積密度為 1550kg/m3，符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中砂的松散堆積密度不小于 1400kg/m3。南昌地區(qū)的平均松散堆積密度顯著高于江西省內(nèi)機(jī)制砂松散堆積密度平均值，離散較大。九江地區(qū)和贛州地區(qū)的平均松散堆積密度略微低于江西省內(nèi)機(jī)制砂松散堆積密度平均值，離散較小。撫州地區(qū)的平均松散堆積密度略微低于江西省內(nèi)機(jī)制砂松散堆積密度平均值，離散大。上饒地區(qū)的平均松散堆積密度與撫州地區(qū)的平均松散堆積密度相同，離散小。宜春地區(qū)的平均松散堆積密度顯著高于江西省內(nèi)機(jī)制砂松散堆積密度平均值，其松散堆積密度普遍偏高，離散較大。

1.8 機(jī)制砂松散堆積密度與石粉含量分析

將全省機(jī)制砂石粉含量測試和松散堆積密度測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如圖 11 所示。

圖9 堆積密度

圖10 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均堆積密度差異

圖11 松散堆積密度和石粉含量關(guān)系

為了討論機(jī)制砂的石粉含量和堆積密度之間的關(guān)系，將試驗數(shù)據(jù)關(guān)系分析如圖 11 所示，機(jī)制砂的石粉含量與堆積密度呈二次函數(shù)關(guān)系，隨著石粉含量的增大機(jī)制砂的堆積呈二次函數(shù)，隨著石粉含量增加逐步升高，二次函數(shù)的相關(guān)系數(shù)是 R2=0.651，表明兩者相關(guān)關(guān)系較大。原因是當(dāng)石粉含量提高，機(jī)制砂填充更為充分，因此松散堆積密度逐步增加。

1.9 壓碎值

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中對砂的壓碎值不得大于 30%，將全省機(jī)制砂壓碎值測試所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析，如表 9、表 10 和圖 12、圖13 所示。

表9 壓碎值 %

表10 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均壓碎值差異 %

由表 9、表 10 和圖 12、圖13 可以看出：江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值為 21%，符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中砂的單級最大壓碎值指標(biāo)不得高于 30%。南昌地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 26%，顯著高于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，且單個機(jī)制砂均高于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，離散較大。九江地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為18%，低于于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，且單個機(jī)制砂均低于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，離散較小。贛州地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 20%，略微低于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，其機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)分布于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值的兩側(cè)，最高為 24%，最低為 15%，離散大。撫州地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 21%，與江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值相同，且其機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)分布于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值兩側(cè)，最高為 30%，最低為16%，離散最大。上饒地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 24%，高于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，單個機(jī)制砂均高于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，離散小。宜春地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 15%，顯著低于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，單個機(jī)制砂均低于江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值，離散小。

2 結(jié)論

圖12 壓碎值

圖13 江西省各地區(qū)機(jī)制砂平均壓碎值差異

（1）江西省機(jī)制砂平均細(xì)度模數(shù)為 3.0，處于中砂峰值。其中南昌、贛州、宜春地區(qū)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)相對較小，處于中砂范圍內(nèi)，九江、撫州、上饒地區(qū)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)相對偏大，處于粗砂范圍。其地域特征明顯：九江地區(qū)因機(jī)制砂普遍偏粗，與細(xì)度模數(shù) 1.5 左右天然細(xì)砂進(jìn)行搭配使用；上饒地區(qū)因區(qū)域內(nèi)機(jī)制砂普遍偏粗，對于同強(qiáng)度等級混凝土配合比膠凝材料用量普遍偏高或普遍使用石粉進(jìn)行搭配使用。其余區(qū)域常使用單一機(jī)制砂，因此機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)控制相對適中。

（2）江西省機(jī)制砂平均石粉含量為 8.2%，已高于GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》所規(guī)定的不高于 5%。其中九江、上饒地區(qū)機(jī)制砂石粉含量普遍偏低。南昌、宜春地區(qū)機(jī)制砂石粉含量普遍偏高。機(jī)制砂的石粉含量與細(xì)度模數(shù)呈線性關(guān)系，石粉含量的增大機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)呈遞減趨勢，相關(guān)系數(shù)是 R2=0.669，兩者關(guān)系較大。

（3）江西省機(jī)制砂平均 MB 值為 3.1g/kg。已高于 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》所規(guī)定的不高于1.4g/kg 的要求。其中南昌、撫州、上饒地區(qū) MB 值相對較高，且南昌區(qū)域為所分析區(qū)域最高達(dá)到 4.6g/kg。九江、贛州、宜春地區(qū)相對較低，其中贛州所分析樣品中有兩個樣品均符合 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》所規(guī)定值。機(jī)制砂的石粉含量與細(xì)度模數(shù)呈二次函數(shù)關(guān)系，隨著石粉含量的增大機(jī)制砂的 MB 值呈遞增趨勢，二次函數(shù)的相關(guān)系數(shù)是 R2=0.100，兩者關(guān)系相對較小。

（4）江西省機(jī)制砂平均堆積密度為 1550kg/m3。符合 GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》所規(guī)定的不低于1400kg/m3的要求。其中南昌、宜春地區(qū)機(jī)制砂平均堆積密度相對較大，接近 1570kg/m3，其余地區(qū)均接近1540kg/m3。機(jī)制砂的石粉含量與堆積密度呈二次函數(shù)關(guān)系，隨著石粉含量的增大機(jī)制砂的堆積呈二次函數(shù)，隨著石粉含量增加逐步升高，二次函數(shù)的相關(guān)系數(shù)是R2=0.651，表明兩者相關(guān)關(guān)系較大。原因是當(dāng)石粉含量提高，機(jī)制砂填充更為充分，因此松散堆積密度逐步增加。

（5）江西省內(nèi)機(jī)制砂平均壓碎值為 21%，符合國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》中砂的單級最大壓碎值指標(biāo)不得高于 30% 的要求。南昌地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 26%，為省內(nèi)最高。宜春地區(qū)機(jī)制砂單級最大壓碎值指標(biāo)平均值為 15%，為省內(nèi)最低。