1.砂石骨料是混凝土的重要組成部分，約占混凝土體積分數的60%以上，廣泛應用于基礎工程建設中。隨著(zhù)天然砂石的大量開(kāi)采，河道里的沙石資源變得越來(lái)越少，而且開(kāi)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。本文結合近幾年砂石骨料在混凝土中的應用情況，總結一些相關(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(jìn)行歸納和總結。

　　2. 混凝土骨料發(fā)展現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(jìn)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(cháng)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(gè)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，基建投資不如預期，混凝土企業(yè)開(kāi)工率不足50%，部分區域甚至不足30%，市場(chǎng)競爭逐漸進(jìn)入白熱化。與此同時(shí)，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(chǎng)供需失衡、產(chǎn)能過(guò)剩，砂石價(jià)格一跌再跌的市場(chǎng)困境。決定企業(yè)是否具有競爭力的關(guān)鍵是保證品質(zhì)的情況下節約成本。

　　決定成本的首要因素是礦山的區域位置，在排除區域位置干擾的前提下，產(chǎn)品的品質(zhì)及生產(chǎn)線(xiàn)的工藝就會(huì )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(lái)，很多企業(yè)把重點(diǎn)放在綠色環(huán)保上，在礦山生態(tài)環(huán)境建設方面投入巨額資金，忽視了砂石生產(chǎn)線(xiàn)的設計和建設不合理這一重要問(wèn)題，導致項目生產(chǎn)運營(yíng)費用過(guò)高。在施工過(guò)程中對施工質(zhì)量進(jìn)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(guò)程。通過(guò)制定混凝土骨料的產(chǎn)品質(zhì)量等級和市場(chǎng)價(jià)格，可以有效提升混凝土砂石骨料的市場(chǎng)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(lèi)型的礦山和地域市場(chǎng)需求多樣化特點(diǎn)，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)，再結合企業(yè)產(chǎn)品的市場(chǎng)定位，量身定制的工藝方案，既可以用技術(shù)來(lái)保障產(chǎn)品品質(zhì)，又可以在設計階段就做好生產(chǎn)成本的預設和把控。

　　對礦山母巖制備砂石骨料的生產(chǎn)流程進(jìn)行設計，對礦山母巖進(jìn)行物理化學(xué)分析后，設計出有針對性的生產(chǎn)方案，通過(guò)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(jìn)而保障合理的能耗值和產(chǎn)品結構，還要對砂石骨料產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設計，針對高品質(zhì)骨料的級配、粒型等核心要求，工藝設計圍繞以上核心點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化設計，有選擇的“多篩少破”和整形，提升產(chǎn)品品質(zhì)。同時(shí)保證砂石骨料的破碎工藝簡(jiǎn)潔，設備使用、維護方便，操作簡(jiǎn)單、維修方便的“傻瓜機”是骨料生產(chǎn)線(xiàn)第一選擇。此外，還要求建材設備數量要少，型號盡可能統一。因為設備數量少，故障點(diǎn)減少，土建費用也會(huì )相應降低。型號統一，備品備件費用低，管理方便。最后還要求設備運轉率高，對于砂石骨料生產(chǎn)線(xiàn)來(lái)說(shuō)，最核心的指標是運行穩定，高運轉率高意味著(zhù)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(guò)程中發(fā)現，對銅礦區域的廢石不需要進(jìn)行區分可直接利用，同時(shí)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(mǎn)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(lèi)型和替代比例進(jìn)行實(shí)驗設計，并對煤矸石骨料混凝土的物理特性、工作性能和流動(dòng)性進(jìn)行研究發(fā)現：煤矸石粗骨料相比于其細骨料對混凝土產(chǎn)品的影響更加顯著(zhù)。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(shí)現了節能低碳生產(chǎn)。對沙千水庫拱壩的混凝土砂石骨料進(jìn)行試驗和分析，通過(guò)對壩址區巖屑石英砂巖的系列試驗分析發(fā)現：采用沙千水庫當地砂巖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、工程適應性好，對拱壩進(jìn)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骨料對混凝土性能的影響，發(fā)現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(jìn)行分析，并對混凝土的組分、結構、材料進(jìn)行了分析，闡述了提高砂石骨料品質(zhì)的要點(diǎn)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。研究結果表明：混凝土中水泥砂漿的流動(dòng)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。設計了混凝土骨料級配優(yōu)化方案及評價(jià)方法，針對混凝土進(jìn)行細骨料級配優(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(jìn)行了綜述分析，重點(diǎn)對輕骨料混凝土、重混凝土以及再生骨料混凝土三類(lèi)特種骨料混凝土的研究進(jìn)展與發(fā)展趨勢進(jìn)行總結，介紹了特種骨料的性質(zhì)、混凝土界面過(guò)渡區結構與混凝土施工性能等方面的技術(shù)現狀。上述這些砂石骨料混凝土的研究對土工混凝土的未來(lái)發(fā)展方向具有一定的指導意義。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合作用下的力學(xué)性能。設計了54個(gè)混凝土試件進(jìn)行剪切試驗，考慮了不同的正應力比、養護齡期和不同骨料類(lèi)型等參數。通過(guò)觀(guān)察試件在壓剪應力聯(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力-位移曲線(xiàn)。此外作者分析了不同正應力比對珊瑚-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，建立了不同法向應力比下的珊瑚-海水-海砂混凝土的壓剪損傷本構模型。

　　通過(guò)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(lái)生成輕質(zhì)混凝土骨料，然后將這種輕質(zhì)骨料在中試規模實(shí)驗中用作粗骨料制備輕質(zhì)混凝土和多孔混凝土，以實(shí)現在結構、隔熱和隔音方面的應用。輕質(zhì)混凝土的技術(shù)性能符合輕量化結構混凝土抗壓強度大于25MPa，實(shí)驗中制備的泡沫混凝土測得的熱導率范圍在18~24 W*m-1K-1之間，滿(mǎn)足混凝土的標準要求。

　　采用天然骨料設計了兩種設計混合料。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(guò)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，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(jìn)機制砂的應用。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(shí)驗結果表明，隨著(zhù)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。當石粉含量為7%時(shí)，在不同碳化年齡下，碳化深度達到最小值，螺紋鋼半胞電位達到最大值，部分碳化帶的末端深度和長(cháng)度達到最小值。碳化年齡為120 天且石粉含量超過(guò)7%時(shí)，鋼筋半電池電位僅處于中概率腐蝕區，其余情況均處于低概率腐蝕區。電子顯微圖像表明，低石粉含量通過(guò)物理充填和化學(xué)反應增加混凝土密度。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(jià)石粉的碳化性能時(shí)，石粉的最佳摻量為7%。

　　以河西-百色高速公路工程為例，對數字控制機制砂清潔生產(chǎn)和再生石粉生態(tài)利用進(jìn)行了研究。該新型生產(chǎn)系統不僅可以生產(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節的石粉含量，這將大大簡(jiǎn)化數字控制機制砂的生態(tài)應用。對不同工程配合比下細骨料類(lèi)型和石粉摻量的性能進(jìn)行了評價(jià)。結果表明:與普通機制砂混凝土相比，摻數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。數字控制機制砂的應用也降低了混凝土中水泥和補充膠凝材料的含量。再生石粉全面應用于制砂的數字化控制清潔生產(chǎn)。實(shí)現了廢石、廢石、廢塵、廢漿等固體廢物的零排放，取得了顯著(zhù)的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。Miah等[20]用高達75%的廢輪胎細骨料代替砂制備的混凝土的機械強度、收縮率、耐久性和結構性能。實(shí)驗結果表明，隨著(zhù)廢輪胎細骨料含量的增加，坍落度、干密度和機械強度均降低。當廢輪胎細骨料含量為75%時(shí)，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%。當廢輪胎細骨料含量為75%時(shí)，楊氏模量下降約71~77%。相比之下，75% 廢輪胎細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，廢輪胎細骨料在20%以下時(shí)混凝土沒(méi)有明顯的收縮率。統計分析顯示，在混凝土中摻入廢輪胎細骨料對機械和耐久性性能沒(méi)有顯著(zhù)影響。結果表明，在許多設計強度不高的結構混凝土中，20%的廢輪胎細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號M50，并確定了其配合比。將廢鑄造砂部分置換為細骨料。按細骨料重量計算，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(jìn)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。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(chǎng)石灰粉后，研究自固結混凝土的流變學(xué)、力學(xué)和耐久性性能。實(shí)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(jìn)行坍落度流動(dòng)試驗、漏斗流動(dòng)時(shí)間試驗、抗偏析試驗和流變試驗。在28天的養護期結束時(shí)，對機制砂混合物的抗壓、抗拉和抗彎強度進(jìn)行了評估。結果表明：提高細灰巖在機制砂混合料中的替代量，可以降低坍落度流動(dòng)和屈服應力，并對優(yōu)化配合比下的第7天和第28天立方體進(jìn)行了掃描電鏡和X射線(xiàn)衍射分析。通過(guò)圖像對混凝土的顯微結構分析，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(guò)能力，并且沒(méi)有發(fā)現任何分離現象。使用石灰石粉代替碎砂還可以減少混凝土內部毛細血管吸收的水量，阻止氯離子的移動(dòng)，從而提高混凝土的性能。

　　5. 展望

　　與天然砂石充當混凝土骨料相比，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(guò)程中都有著(zhù)巨大的應用潛力。

　　機制砂生產(chǎn)設備——樓站式機制砂生產(chǎn)系統，在生產(chǎn)加工機制砂過(guò)程中具有一定的代表性。以鄭州鼎盛個(gè)工程技術(shù)有限公司為例，該公司在內蒙古建設的花崗巖破碎制砂項目，以花崗巖為原料，經(jīng)粗破碎、中細破碎、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，現已投產(chǎn)月余，運行效果良好，受到用戶(hù)高度贊揚。