任文蓮

（山西路杰公路工程技術(shù)咨詢公司，山西 太原030006）

天然砂是短時(shí)期內(nèi)不可再生資源的一種地方性材料，且不宜長(zhǎng)距離運(yùn)輸。國(guó)家政策對(duì)環(huán)境保護(hù)力度的逐步加強(qiáng)，也使天然砂的資源短缺、供不應(yīng)求，價(jià)格也越來(lái)越高,在施工高峰期甚至出現(xiàn)了無(wú)天然砂可用的局面，直接影響了工程建設(shè)的進(jìn)展。而機(jī)制砂資源豐富、取材方便、成本低廉、質(zhì)量穩(wěn)定，是很好的建筑材料。近年來(lái)，已經(jīng)有一些地區(qū)在生產(chǎn)和使用機(jī)制砂，這一行業(yè)已成為一個(gè)即傳統(tǒng)而又嶄新的創(chuàng)業(yè)領(lǐng)域[1]。

左權(quán)至黎城高速公路是山西省高速公路網(wǎng)“三縱十二橫十二環(huán)”主骨架“三縱”中的東縱的重要組成部分，設(shè)計(jì)為雙向四車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速為80 km/h，全長(zhǎng)77.913 km，全線橋隧比例達(dá)40%，混凝土總用量約為48.8萬(wàn)m3，左黎高速公路項(xiàng)目工程建設(shè)中用機(jī)制砂代替天然砂的實(shí)際行動(dòng)，既節(jié)約了河砂資源、保護(hù)了自然環(huán)境，又降低了混凝土成本。

1 機(jī)制砂的特點(diǎn)

機(jī)制砂是巖石、卵石或礦山尾礦，經(jīng)除土處理，機(jī)械破碎、整形、篩分加工制成粒徑小于4.75 mm的顆粒，但不包括軟質(zhì)、風(fēng)化的顆粒，俗稱人工砂。按粗細(xì)程度可以分為粗砂、中砂兩種，細(xì)度模數(shù)宜控制在2.8～3.5之間。粒徑在4.75～0.075 mm之間，且小于0.075 mm的石粉含量有一定的限制。粒級(jí)最好要連續(xù)且每一粒級(jí)要有一定的百分比，粒形最好呈立方體。機(jī)制砂主要有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：a）可利用各種廢棄資源（如礦山尾礦或卵石），符合科學(xué)發(fā)展觀和節(jié)約、循環(huán)型經(jīng)濟(jì)；b）有固定的生產(chǎn)場(chǎng)地，料源充足、穩(wěn)定，機(jī)械化的生產(chǎn)方式，保證了機(jī)制砂的質(zhì)量穩(wěn)定、可調(diào)、可控；c）有完整連續(xù)的級(jí)配，表面粗糙，棱角尖銳；d）有小于0.075 mm石粉的微級(jí)配，黏結(jié)性能較好；e）有多種的礦物成分可選擇，顆粒級(jí)配、粒形可優(yōu)化改善[2-3]。

2 機(jī)制砂與天然砂的性能分析

基于機(jī)制砂與河砂在物理性能上存在諸多差異，致使機(jī)制砂拌制的混凝土與河砂混凝土相比，出現(xiàn)了使用性能和耐久性能上的明顯不同，對(duì)左黎高速公路使用的機(jī)制砂和天然砂進(jìn)行取樣，按照《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ 52—2006）。做了相應(yīng)試驗(yàn)[4-5]，結(jié)果見(jiàn)表1和表2。

表1 機(jī)制砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)

由表1可以看出：a）左黎高速公路機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)在3.4左右；b）壓碎指標(biāo)反映了砂粒堅(jiān)固性，砂粒的堅(jiān)固性又決定于破碎石礦的質(zhì)量，所用機(jī)制砂壓碎值較低，有利于混凝土質(zhì)量；c）機(jī)制砂石粉中含泥量較低，并且以石灰石粉末為主[4]。

表2 天然砂的各項(xiàng)性能指標(biāo)

由表2得出：a）天然砂細(xì)度模數(shù)較機(jī)制砂低，且混凝土用細(xì)砂時(shí)混凝土的需水量和收縮量會(huì)提高，施工過(guò)程中，坍落度不好控制，導(dǎo)致強(qiáng)度降低，影響結(jié)構(gòu)耐久性。b）天然砂含泥量較高，有時(shí)會(huì)超過(guò)規(guī)范要求。同時(shí)，所含的泥吸附性較強(qiáng)，影響膠結(jié)材料和集料間的黏結(jié)，進(jìn)而影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

3 水泥混凝土抗壓強(qiáng)度分析

3.1 機(jī)制砂與天然砂對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

對(duì)A標(biāo)和B標(biāo)所使用的天然砂和機(jī)制砂進(jìn)行混凝土室內(nèi)試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 水泥混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表3得出：通過(guò)兩個(gè)標(biāo)段C40和C50混凝土配合比試配的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出機(jī)制砂混凝土的砂率一般較天然砂混凝土高3%～6%，一般在38%～46%之間，同時(shí)，用于泵送混凝土應(yīng)相應(yīng)增加砂率；在水灰比和砂率相同的條件下，機(jī)制砂混凝土的坍落度要小于天然砂混凝土，機(jī)制砂混凝土的容重比相應(yīng)的天然砂混凝土高約20～40 kg/m3，機(jī)制砂混凝土的抗壓強(qiáng)度比天然砂混凝土略高，原因可能是多余的石粉顆粒填充了混合料的空隙，提高了混合料的密實(shí)性，進(jìn)而增加了混合料的強(qiáng)度。

特別是，應(yīng)結(jié)合機(jī)制砂自身的特點(diǎn)，采用較低的水膠比，保證混凝土的和易性、操作性、強(qiáng)度和耐久性的同時(shí)，保證混凝土的彈性模量以及干燥收縮性能。

3.2 石粉含量對(duì)C50混凝土強(qiáng)度影響

成型不同石粉含量的機(jī)制砂配制的C50混凝土標(biāo)準(zhǔn)試件，檢測(cè)在3 d、7 d及28 d齡期標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的立方體抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 石粉含量對(duì)C50混凝土強(qiáng)度影響

由表4得出：a）不同石粉含量的混凝土3 d強(qiáng)度值差別不大，而且隨著石粉含量的提高，混凝土強(qiáng)度基本保持平穩(wěn)；而28 d混凝土強(qiáng)度差別較大。b）石粉含量為3%的混凝土各齡期強(qiáng)度值較其他石粉含量的明顯降低。c）石粉含量超過(guò)9%后，混凝土不同齡期的強(qiáng)度隨著石粉含量的提高有不同程度的下降?？赡苁荂50水泥混凝土水泥含量較高，多余的石粉降低了水泥的活性，影響混凝土強(qiáng)度的提高。d）石粉含量在3%～9%之間，混凝土強(qiáng)度呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，原因可能是石粉含量6%時(shí)，多余的石粉顆粒填充了混合料的空隙，提高了混合料的密實(shí)性，進(jìn)而增加了混合料的強(qiáng)度，各齡期強(qiáng)度達(dá)到最佳。但隨著石粉含量的增加強(qiáng)度下降，則是過(guò)多的石粉在混凝土中起了惰性作用，同時(shí)減小了混凝土中粗集料的骨架作用[5]。

4 機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝與質(zhì)量控制要點(diǎn)

左黎高速公路所生產(chǎn)機(jī)制砂的各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《公路工程水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T819—2011）和《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50—2011）的技術(shù)指標(biāo)要求。從料源、設(shè)備、生產(chǎn)工藝、檢測(cè)頻率和檢測(cè)項(xiàng)目相關(guān)人員進(jìn)行了充分的調(diào)查研究與試驗(yàn)檢測(cè)。

4.1 料源的控制

篩選使用性質(zhì)穩(wěn)定的母巖，禁止使用風(fēng)化嚴(yán)重的泥質(zhì)砂巖或其他山巖加工機(jī)制砂，選擇母材強(qiáng)度不宜小于80 MPa、不應(yīng)有堿集料活性反應(yīng)的巖石，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣，母巖的抗壓強(qiáng)度、堿集料反應(yīng)檢測(cè)合格后，才能加工使用，優(yōu)先采用了石灰?guī)r。

4.2 制砂設(shè)備的選擇

依據(jù)“石碰石”的原理，使用顆粒整形設(shè)備實(shí)現(xiàn)粒形優(yōu)化，指揮部建議選擇立軸沖擊式制砂機(jī)，要求各施工單位自行集中進(jìn)行機(jī)制砂的加工生產(chǎn)，并結(jié)合機(jī)制砂的用量確定規(guī)格和型號(hào)。

4.3 機(jī)制砂的檢測(cè)頻率及檢測(cè)項(xiàng)目

制定了機(jī)制砂使用審批制度，檢驗(yàn)方法按《公路工程水泥混凝土用機(jī)制砂》（JT/T819—2011）的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。生產(chǎn)過(guò)程中加大機(jī)制砂的顆粒級(jí)配、石粉含量和壓碎指標(biāo)值的檢測(cè)頻率，進(jìn)一步保證機(jī)制砂的質(zhì)量。

4.3.1 檢測(cè)頻率

以同一品種、同一規(guī)格、同一類(lèi)別的機(jī)制砂每600 t為一批次進(jìn)行檢測(cè)，不足600 t也作為一批次。

4.3.2 檢測(cè)項(xiàng)目

a）料源、樣品檢驗(yàn)項(xiàng)目 巖石抗壓強(qiáng)度、堿集料反應(yīng)、表觀密度、堆積密度、空隙率、堅(jiān)固性、顆粒級(jí)配、吸水率、石粉含量、泥塊含量、壓碎指標(biāo)值等。

b）進(jìn)場(chǎng)材料檢驗(yàn)項(xiàng)目 顆粒級(jí)配、石粉含量、壓碎指標(biāo)值、泥塊含量、堆積密度、堅(jiān)固性。

4.4 機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝及應(yīng)該注意的問(wèn)題

4.4.1 生產(chǎn)機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝

經(jīng)項(xiàng)目各單位試驗(yàn)室充分試驗(yàn)，指揮部最終決定采用已進(jìn)場(chǎng)的10～20 mm石灰?guī)r碎石加工生產(chǎn)機(jī)制砂，生產(chǎn)工藝為將碎石通過(guò)進(jìn)料斗輸送到制砂機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)破，細(xì)碎后的顆粒被輸送到振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，達(dá)到粒度要求的顆粒被輸送到洗砂機(jī)清洗，清洗次數(shù)由石粉含量的多少?zèng)Q定，循環(huán)清洗一次石粉含量約10%，清洗后由成品輸送帶輸出即為成品機(jī)制砂，對(duì)未達(dá)到粒度要求的大顆粒從振動(dòng)篩返回制砂機(jī)重新加工，形成閉路多次循環(huán)。其中A標(biāo)采用的干法生產(chǎn)工藝，采用高效雙轉(zhuǎn)子選粉設(shè)備進(jìn)行粗細(xì)粉分離和除塵。

4.4.2 生產(chǎn)機(jī)制砂時(shí)應(yīng)該注意的問(wèn)題

機(jī)制砂石粉含量一般在10%以內(nèi)，去除多余的石粉是關(guān)鍵技術(shù)之一；細(xì)度模數(shù)偏大，生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)多為3.0以上,而配制混凝土的細(xì)度模數(shù)最好在2.6～3.5，需調(diào)試振動(dòng)篩角度與篩孔尺寸；機(jī)制砂級(jí)配不合理，顆粒級(jí)配多為兩頭多中間少,各級(jí)累積篩余最好符合Ⅱ類(lèi)機(jī)制砂級(jí)配范圍要求[6]。

4.5 混凝土拌合

混凝土攪拌站嚴(yán)格按照試驗(yàn)室發(fā)出的開(kāi)盤(pán)通知單進(jìn)行配料拌合，由于機(jī)制砂顆粒棱角和表面較為粗糙，因而拌制的混凝土和易性較差，可引起混凝土的較大泌水率，且對(duì)用水量敏感，所以機(jī)制砂混凝土的拌制時(shí)間比天然砂混凝土的拌制時(shí)間增加30～60 s，可控制在90～150 s，以滿足混凝土的和易性要求，將機(jī)制砂均勻分布在混凝土內(nèi)部，避免出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度分布離散現(xiàn)象。

4.6 混凝土振搗

適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土拌合時(shí)間的同時(shí)，也要保證混凝土施工過(guò)程中的振搗。觀察振搗過(guò)程中混凝土不冒泡，均勻不沉落，表面平坦有漿為度，振搗時(shí)間宜為每一振點(diǎn)20～30 s，但同時(shí)也要防止過(guò)振和漏振。如果混凝土中摻礦物摻合料，振搗完成后的表面不應(yīng)出現(xiàn)較明顯的摻合料浮漿層。特別是，梁板施工應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)搗固時(shí)間，以增強(qiáng)混凝土的表面光潔度。

4.7 機(jī)制砂混凝土養(yǎng)護(hù)

機(jī)制砂混凝土須加強(qiáng)早期和后期養(yǎng)護(hù)。為防止機(jī)制砂混凝土發(fā)生塑性收縮和干燥收縮裂縫，影響結(jié)構(gòu)使用耐久性，機(jī)制砂混凝土的早期及時(shí)養(yǎng)護(hù)更為重要，養(yǎng)護(hù)時(shí)間比天然砂混凝土適當(dāng)延長(zhǎng)4～5 d，控制在15 d左右。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著國(guó)家基本建設(shè)的不斷深入和環(huán)境資源保護(hù)的逐步加強(qiáng)，天然砂資源已不能滿足工程的需求，機(jī)制砂的合理利用和推廣將勢(shì)在必行。本文對(duì)機(jī)制砂的特點(diǎn)、生產(chǎn)工藝與質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和機(jī)制砂對(duì)混凝土拌合物性能的影響等作了簡(jiǎn)單的試驗(yàn)和分析，機(jī)制砂混凝土配合比的和易性、力學(xué)性能、耐久性能和混凝土表面質(zhì)量對(duì)混凝土都有非常重要的影響，還需完善機(jī)制砂混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)，使其在工程中得以廣泛應(yīng)用。