我國的水能資源理論蘊藏量達6.9億kw，居世界第一位。水能資源是可再生的清潔能源，國家對我國能源結構中僅次于煤炭資源的水能開發極為重視，改革開放以來的三十多年時間里，在我國廣闊國土的大江大河上興建了一大批水電和水利工程，使我國的水電裝機容量和年發電量都躍居世界首位，成為名副其實的“水電王國”。與此同時，隨著這些工程的建成，其周圍地區的生態環境得到顯著改善，當地經濟獲得快速發展。

近二十年來，三峽工程和其后在我國西部地區的金沙江、雅礱江、瀾滄江、大渡河等大江大河上一批大型、特大型水電工程的興建，水工混凝土骨料技術遇到空前挑戰并獲得快速發展，在發展過程中形成了自身的特點。

水電工程混凝土量大而集中，一般在工程現場附近勘查選擇混凝土骨料料源并建立集中的大型骨料生產系統向用戶供應骨料。一些巨型工程，如舉世矚目的三峽水利樞紐混凝土總量達到2800萬m3以上，近期在建的一些大型工程的混凝土量也都在千萬m3以上。混凝土的質量對整個工程成敗起著決定性作用。

水工混凝土，特別是最關鍵的大壩混凝土的骨料，不論體積或重量都要占到混凝土的85%以上，而骨料是混凝土組成材料中唯一在現場生產的當地建筑材料，其料源選擇、生產工藝、設備選型以至生產管理、質量控制決定著砂石骨料的品質。由于水電工程的特殊性（工程的重要性和處于深山峽谷），歷來對大壩混凝土骨料料源勘探選擇及骨料加工技術極其重視，在長期工程建設實踐中探索、積累了許多寶貴經驗教訓，主要有以下幾方面。

1 高度重視混凝土骨料料源選擇。

全面比較原巖質量和骨料質量、混凝土性能、開采運輸、移民征地、環保、工程投資等各個要素，最終確定技術可行、經濟合理的料源。

1.1 重視骨料的綜合性能和對混凝土性能的綜合影響。

水電工程重視料源母巖的穩定性和骨料的綜合性能要求（如骨料強度、有害物質的影響、堅固性和吸水率、骨料級配、粒形等），同時更重視骨料對混凝土性能的影響（如混凝土工作性、強度、彈模、極限拉伸、干縮、自身體積變形、徐變、熱學性能等）。如金沙江白鶴灘水電站可研前期曾考慮采用玄武巖開挖料作為粗骨料，系統研究后發現開挖料玄武巖可細分為多種巖性，存在較大差異，部分巖性（角礫熔巖和凝灰巖）必須剔除，后選用穩定性好、混凝土綜合性能較優的距壩址30余公里的旱股地灰巖料場。

1.2 重視堿骨料反應試驗分析。

所有大中型工程料源都經過這一試驗分析，我國水電界從上世紀50年代開始即注意避免使用堿活性骨料并控制水泥含堿量，因此在已建成的大中型水電工程中，迄今尚未發現一例堿骨料反應。如金沙江向家壩水電站雙河灰巖料場具有潛在危害性碳酸鹽活性，后選為距壩址59km（直線距離30km）的太平灰巖料場。有時工程受技術、經濟條件限制，不得不采用活性骨料，如四川雅礱江錦屏一級和青海黃河拉西瓦水電站兩個高拱壩；《防止新建混凝土結構發生堿硅反應的指南》曾用于雅礱江錦屏二級水電站論證結構混凝土能否采用砂巖活性骨料，取得了較好的效果。

1.3 對機制砂石粉含量的研究不斷深入，并取得成果。

有的工程機制砂產品中石粉含量已接近30%。例如四川雅礱江錦屏二級水電站大理巖石粉高達30~40%，甚至50%，采取工藝措施分離后仍達28.9%。大理巖是一種碳酸鹽變質巖，化學組成與石灰巖石粉相近，需水量比96%，接近1級粉煤灰，經試驗<45μm含量>80%，微細顆?？僧敁胶狭嫌?，改善以水泥為主的膠凝材料的顆粒級配，降低混凝土單位用水量，改善混凝土性能。又如廣西右江百色工程人工砂石粉含量達到26~28%，但其中有相當數量石粉顆粒粒徑僅2~3μm，經試驗將部分石粉等量替代水泥，作為摻合料對待，混凝土質量良好。

1.4 對機制骨料有特殊要求的工程，在工程區內無法選擇單一骨料時，亦可用組合骨料。

如金沙江溪落渡工程粗骨料用玄武巖開挖料，細骨料用灰巖。錦屏一級粗骨料用變質砂巖，細骨料用大理巖。

1.5 逐漸重視巖石加工性能研究。

湖南沅水五強溪水電站的石英砂巖、浙江西溪、周公宅兩水庫的熔結凝灰巖、四川雅礱江錦屏一級的變質砂巖在加工性能上都有很大教訓，引起對巖石加工性能的重視，逐漸認識到前期料源選擇中進行巖石小型試驗（巖石功指數和磨蝕性指數）的重要性，傳統大型試驗的局限性，在新編制的水電砂石系統設計規范中已明確料源必需做小型試驗。

1.6 重視料場巖石表層風化、灰巖料場溶蝕夾泥的研究。

如金沙江觀音巖水電站龍洞料場在開采進程中溶蝕夾泥不斷增加，系統運行困難，廢水處理負擔加大，促使今后對這類料源在前期勘探階段和設計階段要重視溶蝕夾泥問題。

1.7 重視料源選擇中的移民和環保問題。

2 針對不同母巖巖性，不斷發展骨料加工技術。

2.1 我國水電工程砂石骨料遇到巖石的多樣性和復雜性是罕見的。近幾年西部一些大型水電工程的建設促進了砂石加工技術的新發展，加工技術適應了料源的多樣性。已遇到過的巖石種類有灰巖、花崗巖、玄武巖、砂巖、流紋巖、凝灰巖、片麻巖、正長巖、輝綠巖、砂板巖、大理巖、白云巖等。

2.2 西部一些大型水電工程（例如瀾滄江小灣水電站、雅礱江錦屏一級水電站）料場特別困難的地形、地質條件下成功采用了豎井、斜井開采運輸（最大高差達513m），為今后更加困難的工程建設創造了新經驗。

2.3 長距離帶式輸送機在大型水電工程陸續成功使用，使得工程運量最大的運輸方式有了新的擴展。

帶式輸送機（以下簡稱帶機）是輸送量大、能耗低又環保的運輸機械，在各行業和水電工程有廣泛應用。長距離帶式輸送機（以下簡稱長帶機）在國內其他行業早已使用（1997年南京金陽水泥廠單條帶機長15.8km），水電工程從龍灘工程開始使用長帶機（2003年，長4km），其后向家壩水電站于2007年投入31.1km的長帶機線，為世界之最。其耗電量僅為0.1kwh/t.km，單位運輸成本僅為0.32元/t.km，低碳環保，無移民問題，創造了巨大的技術、經濟、社會效益。2009年錦屏二級工程引進國外5.9km的空間曲線返程帶料長帶機投入運行，同年龍開口工程6km長的國產空間曲線長帶機投入運行，經三年多運行，兩工程的應用都非常成功，具有里程碑意義。突出顯示了長帶機在運輸能力、能耗、經濟指標、環保等方面的優越性，今后必將成為砂石運輸的首選設備。同時，長帶機的成功應用，還為優選混凝土骨料料源擴展了更大的范圍。

2.4 制砂工藝是砂石生產技術的核心。

早期水電工程骨料多用天然骨料，上世紀六十年代以來經歷了棒磨機制砂、圓錐機制砂、立軸破與棒磨機聯合制砂、單級立軸破制砂、兩級立軸破制砂等方式，從國內水電工程的實踐來看，一般都能滿足現行規范要求，但這些方式還存在一些不足之處，特別是要進一步提高砂石產品品質，突破現行規范指標，達到優質砂石水平還有很大困難。最近有國內企業在引進國外制砂設備技術基礎上，可以提供環保型干法生產的全套制砂設備，砂的成品指標遠優于國內規范的規定，且整條生產線可做到低塵、低噪音生產。優質砂石產品為生產優質混凝土打下了堅實基礎。

本世紀初，日本根據天然砂資源短缺、禁采和混凝土需要更高指標細骨料的市場需求，開發出V7制砂系統。該系統主要由專門設計的整形立軸破和空氣篩以及鼓風機、收塵器、加濕機等部分組成。整形立軸破的進料來自上一級立軸破小粒徑排料（小于13mm），破碎后的成品砂排至空氣篩，利用鼓風機風量變化、控制調節門的開度以及收塵器抽風機風量變化等原理來調節砂的細度模數和石粉含量。干法生產出的成品砂通過加濕機后，保持含水率穩定。

V7系統的成品砂細度模數可在2.4~3.0范圍內調節、波動值在±0.1內，砂的粒形接近球形，石粉含量和粒度亦可調整，砂含水率可穩定在2%內，同時均按事先設定的模式程序化自動生產運行，產品質量穩定。

國內企業已在2012年引進該項技術，并在國內生產制造。

2.5 此外，近期水電工程還解決了干法石粉分離技術、粗骨料整形技術、細顆粒分離技術等難題，為進一步提高砂石品質積累了豐富經驗。

結論：組成混凝土的諸多材料中，除砂石外的其他材料均由工廠生產供應，品質較有保證，只有用量最大的砂石由現場加工，其質量指標會因各種因素產生波動，進而影響混凝土性能?，F在砂石加工工藝和設備的發展具備制出質量指標更優的優質骨料條件，從而為長壽命優質混凝土提供了原料保證。

3 關于優質高性能混凝土及優質骨料。

在總結近20年大型水電工程骨料技術的基礎上，中國水力發電工程學會施工專業委員會于2013年8月和11月分別在杭州和成都舉辦了兩次“優質混凝土與骨料技術研討會”。按照高性能混凝土的要求，對骨料技術明確了今后努力方向和實施步驟。

3.1 首先要慎重選好混凝土骨料料源。除了開采運輸、移民征地、環保、工程投資等各個要素外，要特別注意原巖質量和骨料質量、混凝土性能，最終確定技術可行、經濟合理的料源。要注意以下幾點：

 (1)有關優質混凝土和優質骨料。不同工程原材料存在較大差異，建議根據具體工程實際情況和相關試驗成果，確定優質混凝土的具體指標；同時建議核算不同壽命混凝土工程的工程成本，以鼓勵建設單位建造長壽命混凝土，保持混凝土工業和國民經濟的可持續發展。

 (2)人工砂石粉中的云母含量如超標，可通過混凝土試驗論證，確定是否允許超標使用。

 (3)對規范中未規定的有害物質限值，如黃鐵礦，由于其對混凝土的有害作用，建議通過骨料和混凝土試驗規定限值，并建議今后修改規范時明確其試驗方法及其限值。

 (4)人工砂中石粉含量超標問題?？紤]到不同巖性巖石的石粉對混凝土性能影響規律存在差異，如灰巖石粉在含量適度的情況下對混凝土是有利的，建議根據具體工程實際情況通過混凝土試驗確定合理限值。

 (5)對骨料技術要求是否全部滿足規范才能使用問題。要根據具體情況而定，如骨料個別指標不合格，或超標不多，不應立即否定，建議相關規范中規定通過混凝土試驗論證存在不合格項指標的骨料可用性。

 (6)關于人工骨料小型試驗問題（巖石的功指數和磨蝕性指數）。小型巖石試驗簡單易行，是國外通行的做法，其試驗結果對確定巖石加工性能有重要參考作用，《水電工程砂石加工系統設計規范》（DL/T5098-2010）已規定大型、特大型砂石加工系統，宜對所選料源石料做小型試驗，但不少工程仍未執行，建議今后水電工程料源選擇應按新規范執行。大型生產性試驗在料源選擇階段是否進行，建議視具體工程情況而定，一般可不進行，只在對所加工巖石完全缺乏經驗時再確定是否進行試驗。

 (7) 對料源選擇階段時工程投資計算比較問題。建議除計算料源的直接費用外，還應考慮膠材用量、溫控、后續工程修補維護等費用作比較，同時進一步探討全生命周期總投資比較的可行性。

3.2 關于骨料精細化、環保生產成套技術

我國砂石年生產量約100-110億噸，反推混凝土澆筑量約為50億m3，大型水電工程生產的砂石產品指標基本能達到現行國家規范要求，澆筑的混凝土也是合格的。但是大量民用砂石廠生產的砂石產品不能保證都達到國家規范要求，有的甚至采挖海砂不經處理直接拌制混凝土，存在嚴重的質量隱患，混凝土結構壽命難以保證。為使我國砂石生產能按國家規范生產供應，特別是大型水電和重要基建工程（如高速鐵路、大型橋梁、核電等）更應向精細化生產方向努力，力爭生產出優質砂石骨料，為優質長壽命混凝土打下堅實的原料基礎。

目前砂石生產技術的發展，已能生產質量較好的粗、細骨料，其中細骨料細度模數及其變化在2.4-3.0范圍內任選，波動值可控制在±0.06以內，機制砂的級配和粒形、石粉含量、含水率等能做到較精確控制，其性能可以保持較高的穩定性。優質骨料對降低混凝土單位用水量和膠材用量，提高混凝土的工作性和密實度極為有利，從而可提高混凝土耐久性。建議大力推廣能夠生產優質骨料的精細化、環保生產成套技術。

3.3 關于骨料級配。

美國ACI207.IR-05中規定小石(5-19mm)分為兩級，分級界限為9.5mm，我國雅礱江二灘、黃河小浪底工程的國外承包商均將機制砂分為兩級（0-1.2mm，1.2-4.8mm），國內對小石和砂不分級。小石和砂的分級對混凝土性能是有利的，特別是在級配不良或波動時，分級更為有利。建議通過混凝土試驗論證分級的合理性，并建議將砂的分級納入今后規范修改內容。

3.4 制砂工藝

制砂工藝應根據不同的原巖狀況決定生產方式,有濕法和干法兩種基本生產方式，各有利弊。濕法生產需要一套污水處理系統，干法生產則存在粉塵污染，需要一套收塵系統。由于國內一些單位過去采用干法生產時不注意粉塵收集，造成環境污染，許多人就此而反對用干法生產。實際上這兩種方式不應對立，而是相輔相成，各有不同的適用條件。一般來說濕法適用于巖石中含泥量較高的條件，干法則相反。國外（如日本）對這兩種方式結合使用解決得比較好，把料源中含泥多的部分先篩出來用濕法生產，其余大部分用干法生產，其產品質量指標非常好，砂的細度模數可在2.4-3.0范圍內任意調整，且波動值做到在±0.06之內，并可控制石粉的粒徑和含量。由于有嚴格的除塵系統，現場無粉塵污染。至于半干法生產是國內過去曾發展出來的一種制砂工藝，在條件合適時采用這種工藝比較經濟，但在原巖含泥量較大時則應慎重采用。

3.5 石粉含量和粒徑控制

我國混凝土施工規范對碾壓混凝土和常態混凝土用砂提出了砂的石粉含量的不同要求，不少工程的實踐和研究（如百色、錦屏）表明砂中石粉（特別是碳酸鹽類巖石）在一定含量和粒徑條件下對混凝土是有益的，而且其中的細粉（小于75μm或45μm）含量還需有一定比例?，F在發展起來的制砂工藝應做到石粉含量和粒徑的控制。

3.6 砂的含水率控制

我國混凝土施工規范要求砂的含水率小于6%，不少工程沒有完全做到，特別是有的工程料源開采過程中出現難透水的夾層，即使長時間堆放成品砂，含水率還大大超標?；炷恋难芯勘砻?，混凝土中含水量及其波動對混凝土耐久性極為不利，作為骨料加工工藝就要從制砂工藝上思考，采用環保型干法生產可以有效控制砂的含水率穩定在2-3%之內。

3.7 粗骨料粒形

對呈片狀分布的巖石，加工后易出現粗骨料針片狀超標現象，由于沖擊破碎產品的粒形較好，對這類巖石建議今后工藝設計考慮利用反擊破和立軸破生產的方案，立軸破同時生產砂和中小石，可以顯著改善粗骨料的粒形。

目前對粗骨料粒形用針片狀含量來衡量是值得研究的，建議研究用圓度系數更為科學。國外的方法見下圖。

3.8 關于地下開采問題

目前料場開采都用露天開采方式，造成高邊坡穩定和環保問題，特別是當前大規模的民用石料場開挖，造成嚴重的環境破壞。國外有的國家石料采用地下開采，國內有一個水電站料場出現料源不夠時，曾研究過地下開采方案，其成本比另選料場還低（包括林地賠償）。今后在環境條件較嚴時，應積極研究地下開采方案。

3.9 環保技術

目前環保指標都有明確要求，當采用濕法生產時，污水處理是很大問題。水處理工藝主要由預處理、中間處理、末端處理三部分構成。預處理要解決粗顆粒（細砂和石粉）回收，主要采用螺旋洗砂機、鏈條刮板機、砂水分離器等；中間處理用過高效旋流凈化器、輻流、平（豎）流沉淀池、斜板沉淀池等；末端處理污泥主要用壓濾機、真空過濾機、離心機等。

實際工程往往因投資大、運行費高裝而不用，環保設施成為擺設，DH高效旋流凈化器處理效率高、運行成本低，是值得研究推廣的方式。

結論：建議在國家規范一時尚未修訂的情況下，可以先提出優質骨料的企業標準，分級定價。這樣先從規范標準和政策上下手，鼓勵施工企業努力探索提高砂石加工工藝，鼓勵設備制造企業努力開發出新設備，制出優質砂石骨料，進而提高混凝土施工性能和長期性能，建成優質工程留給子孫后代。

作者簡介：

阮光華  男  教授級高工  長期從事水電工程施工技術（包括骨料技術）研究、設計和管理，曾任第五屆、第六屆中國水力發電工程學會施工專業委員會常務副主任兼秘書長，現任第七屆中國水力發電工程學會施工專業委員會副主任。