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劣質機制砂的來源、對人體的危害及案例問題
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但近年來的河砂質量也存在諸多問題：
砂是構成混凝土骨架體系的重要材料之一，對混凝土的工作性能、力學性能、耐久性能及長期性能起著非常重要的作用，以前我們主要用活水砂(flowing water sand，指主流沖刷下的天然河砂)，活水砂經過多年水流沖刷大浪淘沙后，留下來的都是精華，優點多，如顆粒飽滿圓滑、強度高、含泥量少、雜質含量少、不吸水不吸附外加劑等，缺點是各項指標完全依賴于先天條件形成，不適宜后天花大力氣進行深加工。目前湖南省的五大天然砂采區采挖的是沙洲砂(sand bar，指河流、湖泊、水庫中由水流、波浪作用堆積而成的泥沙質小島)和深埋砂(deep sand，指河道水流以下隔著一層一定厚度土層結構以下的砂卵石層，當前采區土層厚度在10余米至30余米不等)。
天然砂石開采逐漸被限制，機制砂石應用越來越多，
2017年以來受環保壓力的影響，機制砂石作為加工產品按理說其質量是可以滿足要求的，一是制度缺失，機制砂的質量管理與控制沒有引起足夠重視，連最基本的生產控制、出廠檢驗等環節都沒有;二是目前貨源緊張價格翻番的情況下，基于成本壓力，攪拌站在選擇、采購機制砂時主要考慮的是價格，而不是品質;三是加工工藝和加工設備因素，大多數礦山企業和設備廠家不能根據巖石的巖性特征、解理面狀況、強度和硬度等特性來進行工藝設計和設備組合選型;四是母巖品種和質量的影響，巖石在大自然的造巖運動中形成，母巖的發育程度和風化程度千差萬別，并不是所有的巖石都適合做骨料，特別做機制砂，母巖質量是影響機制砂石質量的最根本原因。
2產生劣質機制砂的原因
2.1監管制度、控制手段缺失
職能部門沒有將機制砂石作為工業產品，對產品質量缺乏監管。砂石礦山企業和加工企業沒有質量控制理念、制度、工序、抽樣、檢驗等手段，砂石礦山的采礦權證、安全、環保、林業等有人嚴管，唯獨質量沒人管，可以說99%以上的砂石開采和加工企業沒有設立技術部或試驗室。
2.2價格因素的影響
有混凝土企業通過“雜燴砂”將混凝土成本最多降幅達到40元/m3，因此“雜燴砂”的市場動力很大。
在當前天然砂石奇缺價高，正品機制砂石供應青黃不接的情況下，在砂石資源缺乏但需求量大的區域，大多數攪拌站在以“雜燴砂”的形式進行混凝土生產，而“雜燴砂”的組成則相當混亂，通常由能夠采購到的各種形態的砂狀物以注重節約成本的形式雜燴組成，通過這種大雜燴，混凝土成本僅砂這一項就可節約大量成本，
2018-2019年天然砂與機制砂的價差大約在60元/噸左右，每方混凝土用砂量按800kg計，用天然砂比用機制砂的混凝土成本高出48元/m3，
砂石貴1元，混凝土成本漲2元，質量好的砂價格自然高些，卻爭不過價格低的雜燴砂。一個地區預拌砼量是固定的，基本上是低成本競爭態勢，形成好砂用不起，雜燴砂盛行的局面。這48元/m3的差價，除了部分指定用天然砂的重點工程能消化部分成本外，其余都得由攪拌站自己買單，在本來就利薄的混凝土行業，攪拌站根本就承受不起，因此，天然砂可以說是有價無市。
2.3加工工藝和加工設備選型的影響
應根據母巖特性先定工藝，再根據工藝路線選設備，關鍵還要解決機制砂的“在線監測”問題，只有在線監測這一關攻克了，才能實現全自動生產工藝流程。
由工藝來定設備，還是由設備來定工藝，這個一直有爭議。我認為
采用變頻破碎和多級篩分技術，可以得到任意級配曲線的機制砂;通過工藝調整可使級配曲線長期穩定;礦物晶體受力后沿一定方向破裂并產生光滑平面的性質稱為解理;巖石在自然條件下形成的裂紋或裂縫稱為節理;巖體受力或因變質作用產生并沿著一定方向大致成平行排列的致密的裂隙或面狀構造稱為劈理;由于應力作用下的機械破壞使巖體喪失其連續性和完整性稱為斷裂，斷裂包括裂隙、節理和斷層等;在巖石形成過程中產生的，由物質成分、顆粒大小、顏色、結構構造等的差異而表現出的巖石成層構造稱為層理。
工藝設計和設備選型對機制砂的質量非常重要。
不同巖石有不同的解理面，巖石受力首先沿解理面破裂，同種巖石采用不同破碎方式的針片狀含量不同;石料做扁易做圓難;2.5—10mm的骨料很難破碎做細(超細碎)，俗稱“鉆石王老五”，因此，
2.4母巖品種和質量的影響
機制砂石看似簡單，但因其母巖具有復雜的微觀巖相結構、發育程度與風化程度有差別、雜質含量等的不確定性，使其變得不再簡單。
主要表現在：不完全惰性、強吸附性、有害雜質成分復雜等。
2.4.1母巖質量基本檢測項
①母巖質量指標：
飽和極限抗壓強度，自由吸水率，彈性模量、膨脹性，凍融循環強度/質量損失率，有害物質含量，安定性(堿活性/氧化活性)，放射性。
②母巖加工性能指標：
(軋制性能試驗)核算產率、能耗、磨耗、顆粒級配、粒形、針片狀顆粒含量、石粉含量等。
③混凝土性能試配：
機制砂混凝土性能試驗(工作性能、力學性能、耐久性能、勻質性能)。
2.4.2涉及重要指標的標準改進建議
涉及工民建的建設用砂標準GB/T14684、GB/T14685、JGJ52等，已經不適應當前砂石質量控制要求，主要體現在：標準指標較寬泛、指標參數有缺項、檢測設備不夠精準。
粒型：
理想粒型是球體或立方體，骨料顆粒中存在很多不規則顆粒(不園不正)。標準規定的是針片狀含量，檢測方法是手工比對，而針狀和片狀只是骨料顆粒中非常極端的不規則形狀，還有更多表現不極端的不規則顆粒，因此針片狀含量指標有點以偏概全。英國標準BS812規定了棱角系數可以借鑒。
石粉含量
(吸附性指標)：標準規定0.075mm以下的石粉視為含泥，實際上0.15mm以下的石粉含量一般含量很高，且對混凝土性能影響很大，配合比設計中，0.075mm以下的可以作膠凝材料用內摻法，0.15mm以下的可以作填充料用外摻法。
吸水性：
因大多數巖石本身不飽水、存在加工裂隙、或多或少含粘土成分，導致機制砂石吸水率偏大，因此，有必要規定需水量比。
堅固性
(壓碎值、硫酸鈉溶液5次循環質量損失率)：國標與行標對機制砂的壓碎值規定有差別，國標取單級最大壓碎指標，行標取加權平均壓碎指標。
有害雜質：
云母、輕物質、硫化物及硫酸鹽、有機物。
軟弱顆粒含量：
軟弱顆粒指在147-333N的靜壓力下能壓碎的顆粒，或其硬度低于洛氏硬度為B65-B75的銅棒刻出痕紋者。主要由原巖巖層中的軟弱夾層、次生膠結的巖脈(鈣質或硅質)等組成，在開采作業中不可能分離這些原巖的軟弱成分，它們一起進入機械盤絲洞加工作業中。構成軟弱顆粒的組成部分。軟弱顆粒不僅導致混凝土強度損失，而且是混凝土耐久性的缺陷空間。當前標準沒有此指標要求。
骨料的安定性指標：
鋼渣骨料、過燒石灰顆粒、膨脹性粘土礦物、氧化活性骨料、堿活性骨料等導致骨料存在安定性不良問題，當前標準沒有規定。
分計篩余級配曲線：
比老的累計篩余級配曲線直觀，有利于實現在線監控。
2.4.3 母巖品種
巖石大致可以分為三大類：巖漿巖、沉積巖、變質巖。
由于地球內部高溫液態物質冷卻和結晶而形成的巖石稱為巖漿巖，也叫火成巖，常見的巖漿巖品種有花崗巖、橄欖巖、玄武巖、安山巖、流紋巖;由各種不同的沉積物所形成的巖石稱為沉積巖，也叫水成巖，常見的沉積巖有礫巖、砂巖、粉砂巖、碳酸鹽巖、碎屑巖;由于巖漿中沉積巖在高溫或高壓影響下，地球內部產生劇烈變化所生成的巖石稱為變質巖，常見的變質巖有板巖類、千枚巖類、片巖類、片麻巖類、長英質粒巖類、石英巖類、斜長角閃巖類、麻粒巖類、鐵鎂質暗色巖類、榴輝巖類、大理巖類、矽卡巖類、角巖類、動力變質巖類、氣液變質巖類、混合巖類等。
機制砂對混凝土性能的影響大多體現在：
需水量高、對外加劑吸附性強使外加劑用量增加甚至失效、堅固性差、含軟弱顆粒、含膨脹性粘土礦物、含氧化活性礦物(如黃鐵礦、磁黃鐵礦等)、含堿活性骨料、含泥土及雜質等方面。機制砂的這些特性直接影響混凝土的工作性能、力學性能和耐久性能。堅固性差、軟弱顆粒多、膨脹性粘土礦物和活性礦物等對混凝土的影響甚至是致命的。
2.4.4 吸水性和對外加劑的吸附性：
大多數巖石本身不是常年處在飽水狀態環境中，加工成機制砂后，由于比表面積增大、顆粒存在加工裂縫，且或多或少存在粘土成分，吸水率大的超過機制砂質量的5%(相當于每方混凝土中砂的吸水量達到約40kg)，對外加劑吸附性大的能達到機制砂質量的1.5-2.0%(相當于每方混凝土中砂對外加劑的吸附量達到約12-16kg)。
2.4.5 堅固性差和含軟弱顆粒：
巖石中的風化現象無處不在，只是風化程度不同而已。強風化的硬質巖，甚至未風化~微風化的頁巖、泥巖、泥質砂巖等都存在堅固性差和含軟弱顆粒多等現象，在硬化混凝土中這些軟弱顆�？赡鼙挥晁虺睗窨諝馊芪g，留下縫隙孔洞，同時大量的軟弱顆粒若富集一處，容易引起應力集中，嚴重時甚至導致結構失效。
2.4.6 膨脹性粘土礦物：
如蒙脫石、斑脫石、高嶺土等風化礦物成分，吸水后體積膨脹幾倍到幾十倍，使硬化混凝土脹裂、剝離、脫落，破壞混凝土結構。
2.4.7 黃鐵礦、磁黃鐵礦等活性礦物：
兩者都是鐵的硫化物，當硫化鐵暴露在水和氧氣中時，常溫下硫化鐵不會氧化，但其中若含有不穩定態硫化亞鐵(一般而言，對于天然黃鐵礦，硫與鐵在化合過程中有可能偏離理想狀態，硫偏離理想狀態的量(質量分數)通常在1.93%以下，相當于FeS2變為FeS2-x,x≤0.07)，這種不穩定態硫化亞鐵在有空氣的潮濕環境中，會逐步氧化形成硫酸亞鐵，二價鐵具有強還原性，能被繼續氧化形成硫酸鐵礦物，在堿性環境中硫酸鐵水解為氫氧化鐵，在干燥環境下，氫氧化鐵失水形成三氧化二鐵(鐵銹)，體積膨脹。
若用含黃鐵礦或磁黃鐵礦(其中含不穩定態硫化亞鐵)的母巖制作骨料，當水和空氣(氧氣)通過裂縫和孔洞進入混凝土中時，在混凝土的堿性環境中，骨料中的硫化亞鐵就會被氧化，生成氫氧化鐵，在環境干燥時，氫氧化鐵失水形成三氧化二鐵，體積膨脹4倍，使混凝土鼓包、爆裂、脫落，并在混凝土表面留下難看的色斑，硫化亞鐵在混凝土中的氧化反應須滿足四個條件：溫度、濕度、空氣、約束，當切斷其中1-2個條件氧化反應終止。這四個條件也是黃鐵礦骨料混凝土鼓包修補的依據。
2.5不適合做機制砂的巖石種類
見表1和表2。
表1 按強度分類適合和不適合做機制砂的巖石種類
注：表1中巖石強度分類來自GB/T50266，但實際操作中強度值30MPa要適當提高。
表2 按硬度分類適合和不適合做機制砂的巖石種類
3劣質機制砂的幾種類別
3.1 嚴重風化類：
巖石在太陽輻射、大氣、水和生物作用下出現破碎、酥松及礦物成分次生變化的現象，稱為風化，一般有物理風化、化學風化、生物風化三類。這里指強風化后的硬質巖石生產的機制砂，這種砂堅固性差、需水量大、與水泥漿體的粘結性差，生產的混凝土各項性能指標差。
3.2 粘土礦物類：
組成粘土巖和土壤的主要礦物，是一些含鋁、鎂等為主的硅酸鹽礦物，一般具有層狀結構，具有吸水性和離子交換性。對機制砂危害較大的幾類粘土礦物主要有：蒙脫石、斑脫石、高嶺石等。
3.2.1 蒙脫石：
由顆粒極細的含水鋁硅酸鹽構成的層狀礦物，也稱膠嶺石、微晶高嶺石，由火山凝結巖等火成巖在堿性環境中風化蝕變而成，是膨潤土的主要組成部分，白色，有時微帶紅色或綠色。吸水性很強，吸水后體積膨脹幾倍至十幾倍，具有很強的吸附性和陽離子交換性能。
3.2.2 斑脫石：
別名膨潤土、膨土巖。一種以蒙脫石為主要成分的細粒粘土，含少量長石、石英、貝得石、方解石及火山碎屑粉。具有強吸水性，吸水后體積膨脹10-30倍。
3.2.3 高嶺石：
一種含羥基的硅酸鋁礦物，以極微小的微晶或隱晶存在的致密塊狀。高嶺石是長石和云母等鋁硅酸鹽的低溫熱液蝕變和次生風化的產物，常見于巖漿巖和變質巖的風化殼中，具極完全解理，干燥時具吸水性，但不膨脹。
3.3 含有害雜質類：
包括有機物、頁巖、石膏、氧化鐵、煤、輕物質顆粒、軟弱顆粒、云母、硫化物及硫酸鹽、氯離子等，這類雜質對混凝土強度和耐久性極其不利。如有機物大多是植物腐爛的產物，能使混凝土早期強度大幅度降低;頁巖抗風化能力弱，最經不起凍融循環破壞;骨料中的石膏有潛在硫酸鹽侵蝕及TSA侵蝕;氧化鐵雜質若露在混凝土表面會留下難看的色斑;煤質顆粒的吸附性大沒有強度，溶蝕后會留下孔洞;輕物質顆粒包括植物根莖、植物纖維等，若存在混凝土表面會留下孔洞色斑;軟弱顆粒會導致混凝土破碎、強度下降、耐久性下降、耐磨性下降，還可能在攪拌中破碎，增加用水量。
3.4 含活性物質類：
鋼渣骨料中的游離氧化鈣、游離氧化鎂；
廢棄石灰場的廢渣中的過燒石灰顆粒;黃鐵礦和磁黃鐵礦(硫化亞鐵)、堿活性骨料等，這些活性成分會在混凝土硬化后發生化學反應，反應生成物體積膨脹對混凝土造成破壞。
3.5 含泥量超標類：
即使采用濕法（水洗）生產，機制砂含泥量、泥塊含量一樣超標。
母巖生成帶覆蓋土過厚、夾層土豐富，巖石不成整塊，分散在土壤中，采礦就像土中選石，這樣的巖層最適合做水穩層，泥及泥塊能降低混凝土和易性、對混凝土的抗壓、抗裂、抗折、抗滲、抗凍、彈性模量、收縮等都有影響，混凝土強度越高影響越大，泥塊溶蝕后會在硬化混凝土表面留下鱗狀孔洞影響耐久性，攪拌過程中泥塊破碎增加用水量。
3.6 不規則粒型類：
破碎工藝和設備選型不合理，一般小型礦山簡單采用粗破和細破兩級破碎工藝，沒有設計整形工序，如鄂破+圓錐破，這個二級破碎工藝組合對多數巖石種類生產的砂石產品不規則顆粒多。精品機制砂生產一般至少采用粗破+細破+超細破(整形)三級破碎工藝，加多級篩分工藝。破碎工藝和設備的組合形式應根據巖石的特性、解理、強度、硬度等來選配。
3.7 級配斷檔類：
砂中的顆粒粒徑分布不均勻不連續，呈“兩頭多中間少”狀態，如石屑、某些篩分不徹底的天然砂、不經過破碎篩分加工的山砂、濕法生產水洗過程中將0.315mm以下顆粒沖洗掉了，只留下0.315以上部分的機制砂等，這種級配斷檔型砂配制的混凝土和易性不好，容易離析，且通常砂率會很高，必須加入部分特細砂或調整摻合料粉料用量以彌補砂中的細顆粒斷檔空隙。
3.8 母巖放射性超標類。
4低品質天然砂
沙洲砂和深埋砂的缺點是含泥量高、泥塊含量高、雜質多、級配差、砂石比例失調等，
自2019年下半年起，湖南省逐步放開河道天然砂石開采，年采挖指標約8000萬噸，當前開放的五大采區采挖的基本上都是沙洲砂和深埋砂。某些采區砂含量低到不足20%，絕大多數是卵石，其中6-9(cm)坨占30-40%，必須經過再加工才能作骨料。
當前天然砂開采存在的問題：
市場競爭趨烈、價格及稅票不統一、中轉過駁設點過少且不合理、船艙核載計量標準不統一、吸挖篩分沖洗工藝與沙洲砂和深埋砂的砂卵石層構造特點不相適應、資源費沒有明確定價、地方保護過閘不通暢、沒有質量過程控制和出廠檢驗手段、超深吸挖(土層30米+采砂層30米)沒有對河堤河床的恢復提出保護措施。
5部分機制砂現場取樣試驗
5.1機制砂與風化砂配制混凝土的需水量和強度差別
見表3。
表3 機制砂和風化砂配制混凝土需水量和強度變化
5.2不同品種機制砂和碎石對外加劑摻量的影響
選取不同產地不同品種、不同風化程度的機制砂和碎石，進行混凝土試配，測定坍落度、擴展度及損失，觀察拌合物工作性能的變化，發現含泥量高、含粘土成分的機制砂和碎石比合格機制砂和碎石的外加劑摻量高出2-4倍，且砂的影響比石的影響大。見表4。
表4 不同機制砂、碎石配制混凝土對外加劑摻量的影響
5.3不合格母巖制砂，砂的缺點及對混凝土的影響
某礦山母巖為半風化斑晶狀花崗巖，存在以下缺點：
(1)花崗巖母巖晶粒粗大、晶粒間結合力弱、母巖整體強度低;
(2)半風化長石含量高，長石本身強度較低易風化;
(3)黑、白云母含量高，其中的偉晶礦脈中的云母含量超過6%;
(4)整條礦脈至少有三分之一呈半風化狀態，粘土礦物多;
(5)制成的機制砂壓碎值高、吸水率高、對外加劑吸附性大、配制的混凝土拌合物泌水、不掛漿、即使加大外加劑摻量，對坍落度也提升不大而且損失快。配制的混凝土強度損失大，與合格機制砂按1:1搭配使用，配制的混凝土強度比基準低30%左右。
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