建筑用砂石资源短缺现状及对策思考

建筑用砂石资源短缺现状及对策思考

崔 军1.徐 迅1.游潘丽2,纪梦琦 1,聂艳妮1,王宗浩1,喻 锐1,龙 浩

(1.西南科技大学土木工程与建筑学院,四川绵阳621010:2.西昌学院 木与水利工程学院四川西昌615000)

 

【摘要】分析了我国建筑用砂石资源短缺的原因，包括砂石资源开发利用不均衡、天然砂石资源被限制开采等，探讨了现阶段建筑用砂石存在的问题。如价格波动大、供求不平衡、机制砂石质量良葵不齐等：提出了缓解建筑用砂石资源短缺和解决现存问题的方法，可为我国建筑用砂石市场的健康发展提供参考。

【关键词】混凝土；砂石资源；机制砂石；建筑行业

0 前言

砂石是重要的建筑材料。我国砂石资源总量丰富，分布区域广泛,矿山、河流和湖泊是常见的开采对象。据统计人类历史上非金属矿物的开发利用出现过三次飞跃式增长，第一次在1970年左右第二次在1990年左右第三次在2000年之后[1]。自20世纪80年代中期以来，为了满足建筑业发展日益增长的需求，我国开展了大规模的河流砂石开采[2]大量的砂石开采对长江和其他流域的地质环境造成了很大影响，与此同时，随着各地限制开采天然砂石资源。工程建设用砂石出现短缺。随之引发了一系列工程质量问题[3]。因此，分析我国砂石资源的现状和砂石资源开发利用时面临的问题，有利于合理利用砂石资源，推动建筑业的持续健康发展。

本文主要分析我国建筑用砂石资源短缺的原因和现阶段建筑用砂石存在的问题，并提出相关解决方法，可为我国建筑用砂石资源的合理利用提供参考。

1 建筑用砂石资源现状

砂石资源广泛分布于自然界中，主要用于道路、建筑等工程建设材料，是社会经济发展的必需原材料之一。砂石资源容易勘查和开采，其分布、品质、开采规模等通过调查评价或简单的普查工作即可查明。砂石开采方式一般为露天开采,开采技术要求低、投入少、成本低[4-5]。砂石是我国基础设施建设中用量最大、不可或缺、不可替代的原材料。据统计。我国砂石年消耗量约200亿t[6]折合平均每人每年消耗13.9t砂石，砂石资源的需求量和消耗量仅次于水资源，是全球最大的矿产品、原材料和大宗商品。

目前，我国天然砂石供应出现短缺现象，主要原因包括砂石资源开发利用不均衡、天然砂石资源被限制开采等。

1.1 砂石资源开发利用不均衡

近年来，小型砂石矿权快速整合，全国砂石矿山数量呈下降趋势，砂石矿山规模化、集约化初见成效，截至2021年底砂石矿山数量约15万个[7]。

砂石资源的开发利用与当地政策、经济发展水平和发展阶段有关。据统计，我国各省砂石资源开发利用水平存在明显差异。截至2020年底，从各省砂石矿山的分布情况(见表 1)来看贵州、云南和新疆的砂石矿山数量较多，分别为1632个1049个和749个,而北京、天津和上海的砂石矿山数量为0。

表1 我国各省砂石矿山分布

1.2 天然砂石资源被限制开采

天然砂石是从自然资源(如河岸、河床、沙丘、矿山等)中开采得来。随着建筑行业的快速发展，砂石的需求量越来越大，天然砂石过度开采现象频发，导致了严峻的环境问题。例如，越南南部湄公河三角洲地区由于过度开采河砂，导致滑坡现象越来越严重。此外，从河床中开采砂石，势必会造成河床纵向和横向变形，从而改变河流河势，影响河道演变[7-8]。自然界中的泥砂主要通过天然淤积得到，但相对于采砂量来说，其自身补给速度很慢，无法满足采砂量需求[9-11]。随着天然砂石资源被不断开采生态环境被逐渐破坏，需采取相应措施保护生态环境[12]。为此各地相继出台了天然砂石资源限制开采的有关政策，以进一步规范天然砂石开采，保护生态环境。

2 建筑用砂石面临的问题

随着天然砂石资源被限制开采，河砂价格上涨迅猛，我国部分地区开始大量使用淡化海砂进口天然砂石、机制砂石。

淡化海砂中存在的氯离子会导致钢筋腐蚀，从而影响整个建筑工程的质量，需谨慎使用。此外，随着淡化海砂需求量的增长，大量不合格淡化海砂流入市场，严重影响工程质量，危害人民的生命财产安全。自2010年起宁波、舟山、珠江口等海砂开采区的开采工作陆续被叫停。

进口天然砂石(主要进口国包括马来西亚、俄罗斯、朝鲜等)是我国工程建设用砂石的一部分，但进口天然砂石的价格昂贵不适宜大规模应用。

随着天然砂石资源被限制开采，同时建设工程中用砂石需求量持续增加，机制砂石在建筑工程中的应用越来越多(见图1)。与河砂相比，机制砂更加规整，可加工成不同规格尺寸的砂来满足各种工程的需求。按地理区域划分，我国机制砂石的生产线主要集中在西部、中部和东部地区：按行政区划分，机制砂石的生产线主要分布在浙江、广东、广西、贵州等地。值得注意的是，机制砂石的制备对设备的要求较高，需要专业的设备才能制出质量合格和适应市场的机制砂石。

图1 2012~2020年中国砂石应用市场需求

2.1 砂石价格波动大由于天然砂石资源被限制开采，河砂价格上涨迅猛，机制砂石在建筑工程中的应用越来越多，特别是沿海、沿江地区,天然砂石的价格普遍较高[13-16]。但在近几年，机制砂石的价格也居高不下，出现供不应求的局面。图2为2021年我国机制砂和天然砂的价格趋势。

图2 2021 年我国机制砂和天然砂的价格趋势

由图2可知，2021年，天然砂的市场均价已基本达到137元/t，相比十年前不到100 元/t的价格，同比增长了37%。此外机制砂的市场均价也达到了100元/t以上，相比十年前不到50元/t的价格[17]，同比增长了50%。可见，目前市场上的石价格波动较大，可能会带来砂石品质不一的问题，导致工程质量问题。

2.2 天然砂石供求不平衡

长期以来，我国砂石主要由区域经济市场就近供应，总体发展处于供求平衡状态，区域价格基本稳定。但是，随着天然砂石资源被限制开采，天然砂产量不断下降，引起供求不平衡问题。

近年来，我国主要河流的含砂量急剧下降。同时，有部分地方政府对砂石资源的重要性理解不到位，简单而宽泛地开展砂石整治工作，“堵后门”和“开前门"”的关系没有得到很好协调,企业数量和砂石产量大幅下降，导致地区砂石供求短期失衡，价格急剧上涨。由此可能会引发以下问题：大量低品质砂石进人市场，不仅间接导致工程建设成本增加，而且影响工程建设的进度，带来安全问题。

2.3 机制砂质量良莠不齐

在建筑工程中，用机制砂石替代天然砂石在一定程度上缓解了天然砂石资源短缺的问题。目前已有很多研究人员对机制砂石替代天然砂石在建筑工程中的应用进行了大量的研究。钟美秦等[18]研究发现，机制砂的生产方式(设备)对其颗粒形貌针片状颗粒含量等性能有影响，与额式破碎机生产的机制砂相比，采用CXL细碎机生产的机制砂颗粒校角不尖锐，表面较为光滑有片状颗粒而无针状聊粒。且片状颗粒含量较低，混凝土拌和水用量低。但是，目前中小企业使用颚式破碎机较多，生产工艺简单，导致机制砂质量参差不齐[19]。混凝土用机制砂对砂的颗粒形貌和级配要求较高，需根据不同的工程需求选择合适的机制砂生产方式(设备)。

目前，市场上的机制砂颗粒形貌各异，校角多细度模数多在3.0以上[20-21]，与天然砂的颗粒级配相差较大，通常机制砂中粒径大于2.50mm和小于0.08mm的颗粒较多，导致机制砂混凝土的和易性相对较差，容易给施工带来不便[22]。此外，机制砂中通常含有一定量的石粉和泥浆，不同来源机制砂中的石粉和泥浆成分不同，细度也不同，石粉的粒径一般小于0.075mm，大多在0.016-0.075mm之间，泥浆的细度相对较小，粒径一般在0.016mm以下[23]。石粉和泥浆容易吸附在机制砂表面，降低机制砂与水泥基体之间的黏结性能，从而影响机制砂混凝土的性能。

3 解决方法

3.1 建立统一购销公共品服务平台

砂石作为一种重要的基础自然资源，不同于市场上的一般商品。由于生态环境保护的需要，天然砂石资避的开采受到限制，这使得砂石价格不能通过平衡供需的市场竞争手段加以调控。在这种情况下，若将砂石开采权和销售权完全交由某一个人集团或法人单位，势必造成价格垄断，导致砂石价格上涨。因此，若能将砂石资源作为类似天然气、汽油等公共品可以有效避免砂石价格垄断现象。

无论是在供给侧结构性改革方面，还是在机制秒开采与利用方面，都需要政府干预。除了制定砂右开采管理相关政策，还需要辅以基于市场机制的有针对性的特殊政策。把砂石作为一种公共品，由政府部门统一提供、采购,并作预均化处理，再统一销售给需求方，实现由“开采商→企业拌站”产业结构向“政府→开采商→政府→企业/搅拌站”产业结构转变，从而起到有效控制砂石价格，保证砂石质最的目的。考虑到目前市场上的公共品都是介于市场化很强的准公共品和自然高度垄断的纯公共品之间的公共品。因此，若将砂石划分到公共品中，需由政府通过委托管理的方式与生产商合作，从而在一定程度上规避一些经济风险。

3.2 优化制砂制石方式

机制砂石作为天然砂石的替代品，其储量来源丰富，有效缓解了天然砂石大量开采所带来的资源供应压力和环境压力[24-25]。但是，机制砂石中的泥浆、石粉会对混凝土的工作性和力学性能产生一定负面影响到。目前中小企业多用领式破碎机制备机制砂石，容易出现过度粉碎现象，导致机制砂石中的石粉含量过多。因此，为了生产出符合要求的优团机制砂石，通常对机制砂石进行清洗，但这会增加人工、机械和水电费用。只适用于机制砂石用量较小的工程。此外，冲洗过程可能会破坏机制砂石的颗叙纷配，从而影响混避土的工作性[27-28]。

针对上述问题，可通过改变机制砂石的制备方式来减少机制砂中的泥浆、石粉含量。如利用粉煤灰基地聚物制备人工砂，不仅能够实现工业固体废弃粉煤灰的回收利用，而且能够制备出质量较好的机制砂石[29]。高育欣等[30]采用硅基防水剂和黏土膨胀剂作为机制砂表面改性剂，有效降低了机制砂中的泥浆、石粉对混避土工作性的负面影响。

4 结语

受相关政策和生态环境保护需要，天然砂石的供应短缺问题将长期存在，由此引发的价格问题机制砂石质量不一等问题亟需解决。一方面，政府可建立砂石统一购销公共品服务平台，宏观把控砂石价格和质量；另一方面，砂石行业可优化机制砂石的生产方式，推动制砂、制石生产设备的标准化发展，制定相关标准化的生产和技术标准，以推动我国建筑用砂石市场的健康发展。

参考文献

[1] 余韵,杨建锋.全球砂石资源开发利用态势与治理对策研究[J].中国矿业,2020,29(4):6-10.

[2] ZHAI W JDING J YAN X Wet al.An Optimization Modelof Sand and Gravel Mining Quantity Considering Healthy Ecosystem in Yangtze River,China[J].Journal of Cleaner Production,2020,242:118385

[3] 孙婧,史登峰.我国砂石资源开发利用分析及管理对策[J].中国国土资源经济,2014(10):45-48.

[4] 程晓娜,张博,董晓方,等.我国砂石矿开采现状及对策研究[J]中国矿业,2015(5):23-26.

[5] 张华,鹿爱莉.砂石资源的价值、价格与所有者权益.中国矿业,2018,27(1):63-65.

[6] 钟明然,左清富.我国建筑砂石骨料供求现状分析及管理对策研究[J].桂林航天工业学院学报,2021,26(4):504-509.

[7] 杨玲,王瑞.河道砂石资源经营机制探讨[J].中国水利,2012(10):39-41,45.

[8] NGUYEN D T,NGUYEN D L.Improving Mechanica Properties of Concrete Utilizing Crushed-sand Combined with River Sand [C]//International Conference.International Conference on Material,Machines and Methods for Sustainable Development.Germany:Springer,2020:189-195.

[9] 王世安,张波.河道采砂对河道河势及环境的影响[J].东北水利水电,2006,24(4):31-32,34.

[10] 储勇.构建河道砂石资源长效管理机制的几点思考[J].珠江水运,2021(7):5-6.

[11] 任雯.普通建筑用砂石类矿产的开发利用现状及对策[J]住宅与房地产,2020(15):104.

[12] 李永华.河砂成软黄金遭疯狂非法开采资源已近枯竭[C]中国砂石骨料网.2014中国砂石骨料行业技术发展论坛论文集.北京:中国砂石骨料网,2014:123-128.

[13] 高宗军，李怀岭,李华民.河砂资源过度开采对水环境的破坏暨环境地质问题——以山东大汶河河砂开采为例[J].中国地质灾害与防治学报,2003(3):96-99.

[14] 袁霞.机制砂的研究现状[J].工程设备与材料2020(2):127.

[15] 高田静高志刚,王庆宝浅析建筑砂石骨料生产线设备配置[J].机电信息,2020(8):47,49.

[16] 孙德利.加强砂石土开采管理,切实保护矿产资源[J].矿产保护与利用2006(5):15-18.

[17] 姜广林.机制砂石生产工艺与设备介绍及实际应用[C]//中国砂石协会.首届机制砂石生产与应用技术论坛论文汇编.北京:中国砂石协会2010:68-69.[18] 钟美秦,刘光明,张奇男.机制砂在铁路高性能混凝土中的应用研究[J].混凝土世界2014(10):34-44.

[19] 杨明勇,朱增耀人工机制砂配制高强混凝土[J]城市建设理论研究2014(32):2593-2594.

[20] 陈露.机制砂对自防水混凝土性能影响的研究[J].中国建筑防水.2022(3):8-11.

[21] 谭洞河.机制砂中石粉对混凝土性能影响研究[J].企业技术开发.2016.35(4)179-180.

[22] 柴天红,邹小平.机制砂混凝土存在的问题及应用探讨[J].江西建材.2021(12):10-11.13.

[23] 刘宁.机制砂的优缺点及其在混凝土和工程中的应用[J].中华民居.2014(7):162.

[24] 徐延,刘行,李超,等.石粉对预制沉管机制砂混凝土性能的影响研究[J].混凝土与水泥制品,2021(8):41-44.

[25] AL-SHAMMARI M A,AL -WAILY MAnalyticalnvestigation of Buckling Behavior of Honeycombs SandwichCombined Plate Structure[J].International Journal of Mechanicaand Production Engineering Research and Development.2018.8(4):771-786.

[26] NORVELL J K,STEWART J G,JUENGER M C,et al Influence of Clays and Clay-sized Particles on Concrete PerformancelJ].Joural of Materials in Civil Engineering,2007,19(12):1053-1059.

[27] 胡志豪,汪苏平,潘阳,等.抗泥型聚酸减水剂的合成与性能研究[J].新型建筑材料2021,48(10):112-116,156.[28]杨卓强,刘元珍.石粉掺量对机制砂高性能混凝土强度及耐久性能影响研究混凝土.2018(7):69-71.75.

[29] 西南科技大学.一种利用粉煤灰基地聚物制备人工砂的方法:CN202010610435.3[P].2020-09-29.

[30] 高育欣,刘明.曾超.等.机制砂表面改性技术研究与应用[J].材料导报,2021,35(22):22072-22078.22084

来源：《混凝土与水泥制品》