【摘要】本文研究了江西省机制砂的现状。研究表明：江西省机制砂平均细度模数为3.0，处于中砂峰值。根据所处区域不同，细度模数差异显著；MB 值为 3.1g/kg，超出国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中对砂的 MB 值相关规定；抗压强度和堆积密度符合国家标准GB/T 14684—2011 的要求。细度模数与石粉含量呈线性关系，MB 值、堆积密度与石粉含量均呈二次函数关系，其中 MB 值与石粉含量相关关系较弱，细度模数、堆积密度同石粉含量相关关系较强。

 

 

　　混凝土产业是建材行业中经济规模和潜在规模较大的产业。混凝土、水泥和骨料三位一体，密不可分，水泥和骨料的产业发展情况将对混凝土产业行成直接的影响。根据中国水泥网水泥大数据研究院数据统计，2018 年，全国砂石骨料新投产产能 2.52 亿吨。随着建筑行业的高速发展，引发天然砂资源的严重匮乏，天然砂资源供应已不能满足当前混凝土的建设，因此机制砂的使用已成为一种必然趋势。为了进一步规划机制砂产业的健康发展，化解混凝土市场中建设用砂的市场供应矛盾，确保建筑工程的建设需求，日前，江西省发布《江西省机制砂产业发展规划（2020-2025 年）》的产业规划。规划中提到，至 2025 年，江西省机制砂年产能达 8000 万吨左右，其中：天然岩石机制砂、废石机制砂合计达 6000 万吨左右，再生机制砂达 2000 万吨左右。因此，江西省机制砂推广和应用已进入高速发展阶段。

 

　　1、机制砂物理性能分析

 

　　本次市场调研主要从收集到江西南昌（编号 JX1、JX2、JX3）、九江（编号 JX4、JX5、JX6）、赣州（编号 JX7、JX8、JX9）、抚州（编号 JX10、JX11、JX12）、上饶（编号 JX13、JX14、JX15）、宜春（编号 JX16、JX17、JX18）6 个地级市的样品中选取有代表性的 18 种机制砂样品进行分析，其中分析的指标主要有：细度模数、石粉含量、MB 值、堆积密度和压碎值指标。

 

　　1.1 试验方法

 

　　按照 GB/T 14684—2011《建设用砂》的标准方法进行。

 

　　1.2 机制砂的细度模数

 

　　根据国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中对砂的分类，按照细度模数分为粗、中、细三种规格，其细度模数分别为：粗砂 3.7～3.1、中砂 3.0～2.3、细砂 2.2～1.6。对机制砂的颗粒级配数据进行计算，得到机制砂的细度模数如表 1、表 2 和图 1、图 2 所示。

 

 

 

　　由图表 1、2 可以得出：江西省机制砂细度模数均值为 3.0，即为中砂。南昌地区细度模数最小为 2.1，最大为 2.8，平均值为 2.6，离散较大，其普遍以中砂为主，低于江西省机制砂细度模数平均值。九江、赣州、抚州、上饶地区机制砂细度模数较为稳定，离散不大。九江和上饶地区机制砂平均细度模数分别为 3.5 和 3.4，达到粗砂标准，显著高于江西省机制砂细度模数平均值。抚州地区机制砂平均细度模数与江西省机制砂细度模数平均值相同。赣州地区机制砂平均细度模数为 2.6，低于江西省机制砂细度模数平均值，且与南昌地区相当。宜春地区细度模数最小为 2.1，最大为 3.2，平均值为 2.8，离散较大，且粗砂、中砂兼有，机制砂平均细度模数低于江西省机制砂细度模数平均值。从六个地区机制砂细度模数平均值可以看出，最小为 2.6，最大为 3.5，且省内平均细度模数为 3.0，省内机制砂分布离散较大。其中九江、上饶地区机制砂细度模数偏大，因其地域性原因（九江地区市场能够供应细度模数在 1.6 左右的细砂互掺使用，上饶地区同等强度等级混凝土配合比胶凝材料用量普遍高于其他地区），能够改善因机制砂偏粗造成混凝土和易性差。

 

　　1.3 石粉含量

 

　　将全省机制砂石粉含量测试所得的数据进行作图分析，如表 3、表 4 和图 3、图 4 所示。

 

 

　　由图表 3 和 4 可以看出：江西省地区机制砂平均含粉量为 8.2%。其中九江、赣州、上饶地区机制砂石粉含量相对稳定，离散较小。南昌、抚州、宜春地区机制砂石粉含量相差较大，离散较大。从各个地区分析，南昌地区平均石粉含量为 15.0%，显著高于江西省地区石粉含量平均值，且所取的单个机制砂石粉含量均高于省内机制砂石粉含量平均值。九江地区石粉含量为 4.0%，显著低于省内机制砂石粉含量平均值，且石粉含量相对稳定。赣州地区石粉含量为 6.4%，低于省内机制砂石粉含量平均值，但其石粉含量普遍高于九江地区。抚州地区石粉含量为 8.7% 与省内机制砂石粉含量平均值相近，其机制砂石粉含量分布区间较广，高于或低于省内机制砂石粉含量平均值的石粉含量均存在。上饶地区石粉含量为 4.0%，显著低于省内机制砂石粉含量平均值，与九江地区石粉含量相当。宜春地区平均石粉含量为 11.3%，显著高于江西省地区石粉含量平均值，其机制砂石粉含量分布区间较广，高于或低于省内机制砂石粉含量平均值的石粉含量均存在，在所取机制砂 6 个区域中机制砂石粉含量离散最大。

 

　　1.4 机制砂细度模数与石粉含量分析

 

　　为了讨论机制砂的石粉含量和细度模数之间的关系，将全省机制砂石粉含量测试和细度模数测试所得的数据进行作图分析，如图 5 所示。

 

 

　　由图 5 可知，机制砂的石粉含量与细度模数呈线性关系，随着石粉含量的增大机制砂的细度模数呈递减趋势，相关系数是 R2=0.669，表明两者相关关系较大。原因为机制砂破碎过程中，各级配档位分布具有一定稳定性，因其石粉含量部分增加，其余级配筛余相对减少，细度模数相应有所增加。且石粉含量越高，说明机制砂粉磨更充分或原材料易于破碎，因此，机制砂细组分筛余相对偏高，也会导致细度模数降低。

 

　　1.5 MB值

 

　　根据国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中对砂的 MB 值不得大于 1.4g/kg，将全省机制砂 MB 值测试所得的数据进行作图分析，如表 5、表 6 和图 6、图 7 所示。

 

 

 

 

　　由表 5、表 6 和图 6、图 7 可以看出：江西省内机制砂 MB 值平均值为 3.1g/kg，已显著高于国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中砂的 MB 值不得大于 1.4g/kg 的指标。南昌地区平均 MB 值为 4.6g/kg，显著高于江西省内机制砂平均 MB 值，MB 值离散较大。九江地区平均 MB 值为 2.5g/kg，低于江西省内机制砂 MB 值平均值，但依然高于国家标准规定值，离散较小。赣州地区平均 MB 值为 1.9g/kg，显著低于江西省内机制砂 MB 值平均值，但依然高于国家标准规定值，离散较小，为所选地区中 MB 值平均值最低。抚州地区平均 MB 值为 4.0g/kg，显著高于江西省内机制砂 MB 值平均值，离散大。上饶地区平均 MB 值为 3.8g/kg，高于江西省内机制砂 MB 值平均值，且所有样品 MB 值均高于江西省内机制砂 MB 值平均值，离散较大。宜春地区平均 MB 值为 2.0g/kg，显著低于江西省内机制砂 MB 值平均值，但依然高于国家标准规定值。但宜春区域所选机制砂中，两个样品符合国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中砂的 MB 值不得大于 1.4g/kg 的指标，因其离散大，造成平均 MB 值偏高。

 

　　1.6 机制砂 MB 值与石粉含量分析

 

　　将全省机制砂石粉含量测试和 MB 值测试所得的数据进行作图分析，如图 8 所示。

 

 

　　由图 8 可知，机制砂的石粉含量与石粉含量呈二次函数关系，随着石粉含量的增大机制砂的 MB 值呈递增趋势，二次函数的相关系数是 R2=0.100，表明两者具有一定关系。原因是亚甲蓝（Methylene Blue），又称亚甲基蓝，是一种吩噻嗪类染料芳香杂环化合物，其化学式为 C16H18N3ClS，常被用作化学指示剂。亚甲蓝溶液属于阳离子染料，溶液中含有大量 C16H18N3S+离子，极易吸附在带有相反电荷的黏土颗粒表面，因石粉含量越高，导致机制砂比表面积增大，亚甲蓝更为容易被吸附，因此 MB 值升高。但从图 8 多项式可以看出，石粉含量导致 MB 值升高影响相对较小。

 

　　1.7 堆积密度

 

　　根据国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中砂的松散堆积密度不小于 1400kg/m3，将全省机制砂松散堆积密度测试所得的数据进行作图分析，如表 7、表 8 和图 9、图 10 所示。

 

 

 

　　由图 9、图 10 可知，江西省内机制砂平均松散堆积密度为 1550kg/m3，符合国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中砂的松散堆积密度不小于 1400kg/m3。南昌地区的平均松散堆积密度显著高于江西省内机制砂松散堆积密度平均值，离散较大。九江地区和赣州地区的平均松散堆积密度略微低于江西省内机制砂松散堆积密度平均值，离散较小。抚州地区的平均松散堆积密度略微低于江西省内机制砂松散堆积密度平均值，离散大。上饶地区的平均松散堆积密度与抚州地区的平均松散堆积密度相同，离散小。宜春地区的平均松散堆积密度显著高于江西省内机制砂松散堆积密度平均值，其松散堆积密度普遍偏高，离散较大。

 

　　1.8 机制砂松散堆积密度与石粉含量分析

 

　　将全省机制砂石粉含量测试和松散堆积密度测试所得的数据进行作图分析，如图 11 所示。

 

 

　　为了讨论机制砂的石粉含量和堆积密度之间的关系，将试验数据关系分析如图 11 所示，机制砂的石粉含量与堆积密度呈二次函数关系，随着石粉含量的增大机制砂的堆积呈二次函数，随着石粉含量增加逐步升高，二次函数的相关系数是 R2=0.651，表明两者相关关系较大。原因是当石粉含量提高，机制砂填充更为充分，因此松散堆积密度逐步增加。

 

　　1.9 压碎值

 

　　根据国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中对砂的压碎值不得大于 30%，将全省机制砂压碎值测试所得的数据进行作图分析，如表 9、表 10 和图 12、图 13 所示。

 

 

　　由表 9、表 10 和图 12、图13 可以看出：江西省内机制砂平均压碎值为 21%，符合国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中砂的单级最大压碎值指标不得高于 30%。南昌地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 26%，显著高于江西省内机制砂平均压碎值，且单个机制砂均高于江西省内机制砂平均压碎值，离散较大。九江地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 18%，低于于江西省内机制砂平均压碎值，且单个机制砂均低于江西省内机制砂平均压碎值，离散较小。赣州地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 20%，略微低于江西省内机制砂平均压碎值，其机制砂单级最大压碎值指标分布于江西省内机制砂平均压碎值的两侧，最高为 24%，最低为 15%，离散大。抚州地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 21%，与江西省内机制砂平均压碎值相同，且其机制砂单级最大压碎值指标分布于江西省内机制砂平均压碎值两侧，最高为 30%，最低为 16%，离散最大。上饶地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 24%，高于江西省内机制砂平均压碎值，单个机制砂均高于江西省内机制砂平均压碎值，离散小。宜春地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 15%，显著低于江西省内机制砂平均压碎值，单个机制砂均低于江西省内机制砂平均压碎值，离散小。

 

　　2、结论

 

　　（1）江西省机制砂平均细度模数为 3.0，处于中砂峰值。其中南昌、赣州、宜春地区机制砂细度模数相对较小，处于中砂范围内，九江、抚州、上饶地区机制砂细度模数相对偏大，处于粗砂范围。其地域特征明显：九江地区因机制砂普遍偏粗，与细度模数 1.5 左右天然细砂进行搭配使用；上饶地区因区域内机制砂普遍偏粗，对于同强度等级混凝土配合比胶凝材料用量普遍偏高或普遍使用石粉进行搭配使用。其余区域常使用单一机制砂，因此机制砂细度模数控制相对适中。

 

　　（2）江西省机制砂平均石粉含量为 8.2%，已高于 GB/T 14684—2011《建设用砂》所规定的不高于 5%。其中九江、上饶地区机制砂石粉含量普遍偏低。南昌、宜春地区机制砂石粉含量普遍偏高。机制砂的石粉含量与细度模数呈线性关系，石粉含量的增大机制砂的细度模数呈递减趋势，相关系数是 R2=0.669，两者关系较大。

 

　　（3）江西省机制砂平均 MB 值为 3.1g/kg。已高于 GB/T 14684—2011《建设用砂》所规定的不高于1.4g/kg的要求。其中南昌、抚州、上饶地区 MB 值相对较高，且南昌区域为所分析区域最高达到 4.6g/kg。九江、赣州、宜春地区相对较低，其中赣州所分析样品中有两个样品均符合 GB/T 14684—2011《建设用砂》所规定值。机制砂的石粉含量与细度模数呈二次函数关系，随着石粉含量的增大机制砂的 MB 值呈递增趋势，二次函数的相关系数是 R2=0.100，两者关系相对较小。

 

　　（4）江西省机制砂平均堆积密度为 1550kg/m?。符合 GB/T 14684—2011《建设用砂》所规定的不低于 1400kg/ m?的要求。其中南昌、宜春地区机制砂平均堆积密度相对较大，接近 1570kg/ m?，其余地区均接近 1540kg/m?。机制砂的石粉含量与堆积密度呈二次函数关系，随着石粉含量的增大机制砂的堆积呈二次函数，随着石粉含量增加逐步升高，二次函数的相关系数是 R2=0.651，表明两者相关关系较大。原因是当石粉含量提高，机制砂填充更为充分，因此松散堆积密度逐步增加。

 

　　（5）江西省内机制砂平均压碎值为 21%，符合国家标准 GB/T 14684—2011《建设用砂》中砂的单级最大压碎值指标不得高于 30% 的要求。南昌地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 26%，为省内最高。宜春地区机制砂单级最大压碎值指标平均值为 15%，为省内最低。