摘 要：【目的】為了充分發(fā)揮機(jī)制砂的排水性能，研究機(jī)制砂對(duì)高速鐵路工程的影響?！痉椒ā客ㄟ^(guò)介紹機(jī)制砂的基本特性，分析機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝，合理發(fā)揮機(jī)制砂的應(yīng)用效果?！窘Y(jié)果】結(jié)果表明，將機(jī)制砂應(yīng)用到高速鐵路方面，能提供較強(qiáng)的力學(xué)性能，能保持良好的工程性能，可加強(qiáng)高速鐵路線路的穩(wěn)定性?！窘Y(jié)論】機(jī)制砂特性的研究與應(yīng)用，推動(dòng)了機(jī)制砂在高速鐵路等領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)保障我國(guó)高鐵工程等項(xiàng)目砂料供給具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：機(jī)制砂；高速鐵路工程；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U215.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2024）17-0069-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.17.015

The Characteristics of Machine-Made Sand and Its Application in High Speed Railway Engineering

WU Yifeng

（Engineering Measurement and Testing Branch of China Railway Tunnel Bureau Group Co.， Ltd.， Suzhou 234300， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to fully utilize the drainage performance of machine-made sand and determine the impact of machine-made sand on high-speed railway engineering. [Methods] This article introduces the basic characteristics of machine-made sand， analyzes the production process of machine-made sand， and reasonably controls the application effect of machine-made sand. [Findings] Through practical application， it was found that applying machine-made sand to high-speed railways can provide strong mechanical properties， maintain good engineering performance in any weather， and strengthen the stability of high-speed railway lines. [Conclusions] The research and application of the characteristics of machine-made sand is 24dab531413bf98b33febfce19d353fb8766d4e0cadfbbf0f46ad72c175fb965of great significance for promoting the use of machine-made sand in high-speed railways and other fields， and ensuring the supply of sand materials for projects such as high-speed rail engineering in China.

Keywords： machine-made sand; high-speed railway project; application

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的快速發(fā)展，機(jī)制砂作為一種新型的鐵路基礎(chǔ)材料，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。機(jī)制砂以其優(yōu)異的性能和可持續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)，在高速鐵路工程中發(fā)揮了重要作用。機(jī)制砂是通過(guò)人工制造的砂子，其由天然礦石經(jīng)過(guò)破碎、篩分等物理處理后得到，具有堅(jiān)固耐用、顆粒均勻、形狀良好等特點(diǎn)，能較好地滿足高速鐵路工程對(duì)材料性能的要求。同時(shí)，機(jī)制砂顆粒形狀較好，能提供更好的力學(xué)性能。顆粒均勻的機(jī)制砂能在高速列車通過(guò)時(shí)提供更好的穩(wěn)定性，減小路基沉降和變形的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)制砂的物理性能穩(wěn)定，很難受天氣、季節(jié)變化的影響，使得機(jī)制砂在各種氣候條件下都能保持較好的工程性能，確保鐵路線路的安全和穩(wěn)定。當(dāng)然，在機(jī)制砂的研究與應(yīng)用中也存在各種問(wèn)題，機(jī)制砂生產(chǎn)需要消耗大量天然礦石資源，機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程會(huì)對(duì)環(huán)境造成較大的污染，需要采取相應(yīng)的環(huán)保措施。綜上所述，機(jī)制砂在高速鐵路工程中具有廣闊的應(yīng)用前景，但需要進(jìn)行深入研究和探索，進(jìn)一步完善機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝，提高其性能和質(zhì)量。

1 機(jī)制砂的基本特性

機(jī)制砂通過(guò)人工制造的方式，將巖石破碎并進(jìn)行精細(xì)加工而成的，具有以下特性。①堅(jiān)硬耐磨。其采用高硬度的巖石作為原料，經(jīng)過(guò)破碎、篩分和洗凈等多道工序處理，使得其顆粒形狀規(guī)則，具有良好的耐磨性。因此，機(jī)制砂在使用過(guò)程中不易磨損，能更好地承受外力的沖擊和壓力，具備較長(zhǎng)的使用壽命。②粒度分布均勻。在生產(chǎn)過(guò)程中，科學(xué)合理的篩分工藝可控制機(jī)制砂粒度分布，使得其顆粒大小相對(duì)均勻，有助于機(jī)制砂在混凝土、瀝青等材料中的使用，可提高材料的密實(shí)性和穩(wěn)定性，從而增加工程的承載能力和使用壽命。③形狀特征。相較于天然砂，機(jī)制砂的顆粒形狀更加規(guī)則，表面更加平滑，有助于減少材料之間的空隙，提高材料的填充性和緊密性，從而增加材料的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。同時(shí)，機(jī)制砂平滑的表面使其與其他材料可以更好地結(jié)合，有效提高工程的整體質(zhì)量。同時(shí)，在制作機(jī)制砂過(guò)程中應(yīng)根據(jù)不同需要添加適量的添加劑，進(jìn)一步提升其抗沖擊性能，使其能承受更大的外力沖擊，以保證工程的安全性和穩(wěn)定性［1］。

2 機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝

機(jī)制砂的生產(chǎn)工藝主要由粗破、細(xì)破、制砂等3個(gè)環(huán)節(jié)組成。粗破是通過(guò)顎式破碎機(jī)將母巖加工成直徑小于18 cm的集料；細(xì)破是通過(guò)輸送帶把直徑小于18 cm的集料輸送到反擊破碎機(jī)加工成小于3 cm的集料，將細(xì)破的集料通過(guò)輸送帶送到振動(dòng)篩，分篩成直徑為16～31.5 mm的成品料，將這兩種料送到反擊式制砂機(jī)進(jìn)行二次加工得到直徑為5～10 mm的規(guī)格料，再通過(guò)2號(hào)振動(dòng)篩分篩水洗分別得出直徑為5～10 mm碎石、10～20 mm碎石、0～4 mm的粉料和機(jī)制砂，機(jī)制砂通過(guò)水輪轉(zhuǎn)洗脫水加粉得到細(xì)度模數(shù)為2.7～3.2的合格機(jī)制砂。機(jī)制砂生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。

3 機(jī)制砂的質(zhì)量控制

3.1 母材質(zhì)量控制

母材質(zhì)量的好壞是影響機(jī)制砂性能指標(biāo)的關(guān)鍵，母巖的性能在很大程度上決定了機(jī)制砂的性能。

3.1.1 母材檢測(cè)。機(jī)制砂生產(chǎn)前，相關(guān)人員對(duì)母材進(jìn)行全項(xiàng)檢測(cè)試驗(yàn)，確保其化學(xué)指標(biāo)、物理力學(xué)性能（主要為抗壓強(qiáng)度及堿含量）符合《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10753—2018）及《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）相關(guān)要求。生產(chǎn)過(guò)程中實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，圍巖出現(xiàn)較大變化時(shí)，母材質(zhì)量可能發(fā)生變化，因此需要及時(shí)進(jìn)行取樣檢驗(yàn)，待檢驗(yàn)合格后方可繼續(xù)生產(chǎn)。圍巖未出現(xiàn)較大變化時(shí)，保證每月2次的取樣檢驗(yàn)頻率［2］。

3.1.2 含泥量、夾泥塊控制。安排專人負(fù)責(zé)檢查母料外觀，對(duì)夾泥、含泥量大等不符合要求的毛料不允許進(jìn)入母料儲(chǔ)存區(qū)。

3.1.3 混入雜物的全過(guò)程控制。在母料儲(chǔ)存區(qū)安排專人揀除毫秒管引線、編織袋等雜物，杜絕雜物進(jìn)入生產(chǎn)線。

3.2 含粉量控制

石粉是石料在加工機(jī)制砂過(guò)程中形成的粒徑<75 μm的粉體物質(zhì)，其礦物組成和化學(xué)成分與被加工母巖相同。石粉含量太少起不到增加漿體體積，降低混凝土泌水、離析的目的，石粉含量也不宜過(guò)高，過(guò)高會(huì)造成需水量增加，引起混凝土性能降低。適量的石粉可填充在水泥、細(xì)砂的空隙之間，有利于改善混凝土的工作性能和混凝土的綜合力學(xué)性能。因此，在工藝設(shè)計(jì)中，采取如下措施：篩分后的砂水混合物先經(jīng)沉砂箱再進(jìn)入洗砂機(jī)，并通過(guò)細(xì)砂回收脫水篩對(duì)石粉及有效的細(xì)顆粒進(jìn)行回收，以減少石粉的流失，同時(shí)提高脫水效果。石粉含量除滿足混凝土使用要求外，還應(yīng)符合《高速鐵路隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10753—2018）及《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）的要求，機(jī)制砂石粉含量控制在7%～10%范圍，使用效果較好［3］。

3.3 出廠檢驗(yàn)

機(jī)制砂出廠前應(yīng)由駐廠試驗(yàn)檢測(cè)組進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目包括：顆粒級(jí)配（Ⅱ區(qū)）、石粉含量、亞甲藍(lán)（MB）值、含水率（≤10%），檢測(cè)結(jié)果應(yīng)符合《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB 10424—2018）及《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2011）等標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)機(jī)制砂的要求，檢測(cè)頻率按照400 t或200 m3為一批，檢測(cè)合格后由檢測(cè)組出具出廠合格證方可出廠，拌和站物資人員見(jiàn)到出廠合格證后方可收料，進(jìn)入料倉(cāng)的機(jī)制砂必須為合格產(chǎn)品，料倉(cāng)內(nèi)不允許存在待檢機(jī)制砂［4］。

4 機(jī)制砂在高速鐵路工程的研究與應(yīng)用

4.1 工程概述

張吉懷鐵路4標(biāo)位于湖南省湘西州，線路全長(zhǎng)18.079 km，工期為43個(gè)月。標(biāo)段內(nèi)工程有隧道4座（永順?biāo)淼?2 083 m、蘭花隧道4 383 m、新村一號(hào)隧道241 m、新村二號(hào)隧道1 275 m）、橋梁1座（蘭花洞中橋63 m）、路基1段（33 m），以隧道工程為主，占線路總長(zhǎng)的99.5%。其中永順?biāo)淼溃?2 083.27 m）、蘭花隧道（4 382.67 m）為Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)隧道，是全線控制性工程。標(biāo)段內(nèi)除永順?biāo)淼肋M(jìn)口1 km為頁(yè)巖外，其余均為灰?guī)r，Ⅱ、Ⅲ級(jí)圍巖占72.9%，Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖占27.1%。

截至2019年5月5日，累計(jì)完成正洞開(kāi)挖10 813 m，占 17 983 m的60%（新村一號(hào)隧道及新村二號(hào)隧道已貫通）。

4.2 嚴(yán)格控制機(jī)制砂MB值

MB值表示的是機(jī)制砂中含泥量（或石粉含量）的大小，亞甲藍(lán)試驗(yàn)也是為了確定機(jī)制砂中是否存在膨脹性黏土礦物，并確定其含量的整體指標(biāo)。在生產(chǎn)機(jī)制砂的過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生粒徑小于75 μm顆粒，這些粉顆粒既可能是石粉也可能是泥粉。石粉和泥粉是兩種截然不同的物質(zhì)，一方面石粉和泥粉粒徑都比較小，在混凝土漿體中可以起到填充作用；另一方面二者的結(jié)構(gòu)完全不同，石粉結(jié)構(gòu)密實(shí)，對(duì)水僅存在表面物理吸附，而泥粉是類似于海綿的層狀松散結(jié)構(gòu)，吸水率較高，吸附水后通常會(huì)發(fā)生膨脹，進(jìn)而影響混凝土強(qiáng)度和耐久性；再者泥粉的主要成分是蒙脫石、伊利土和高嶺土等，其對(duì)外加劑有強(qiáng)烈的吸附作用，石粉通常是機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中形成的細(xì)小顆粒，與母巖化學(xué)性質(zhì)一致，對(duì)外加劑吸附作用較小。泥粉與石粉雖然粒徑比較相近，但二者存在本質(zhì)區(qū)別，對(duì)混凝土產(chǎn)生的影響也不同。隨著機(jī)制砂中泥粉含量的增加，泥粉吸附水和外加劑的能力相應(yīng)增加，混凝土用水量提高且坍落度損失加快。當(dāng)泥粉含量較大時(shí)，也會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度及抗凍性、抗?jié)B性等耐久性能產(chǎn)生不利影響［5］。

4.3 加強(qiáng)過(guò)程管理

機(jī)制砂與天然河砂本質(zhì)區(qū)別在于機(jī)制砂可以通過(guò)調(diào)整制砂參數(shù)，人為地控制機(jī)制砂的質(zhì)量，即機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、粒形和級(jí)配都可以進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)。在機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中，因母材的變化易造成機(jī)制砂質(zhì)量波動(dòng)，因此每天都要嚴(yán)格對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)工藝，確保質(zhì)量合格。在高速鐵路工程中，機(jī)制砂的質(zhì)量和性能直接影響著整個(gè)工程的安全和穩(wěn)定性，要加強(qiáng)對(duì)機(jī)制砂的研究與開(kāi)發(fā)，不斷改進(jìn)其配方和生產(chǎn)工藝，提高其抗壓強(qiáng)度和穩(wěn)定性，以滿足高速鐵路工程的需求。同時(shí)，要加強(qiáng)機(jī)制砂的生產(chǎn)過(guò)程管理，機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程包括原料選取、配料、混合、成型等環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格控制，以確保機(jī)制砂的質(zhì)量穩(wěn)定。在生產(chǎn)過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)原料的檢測(cè)和篩選，控制原料的含水量和粒度分布，保證原料的質(zhì)量穩(wěn)定。同時(shí)，要建立完善的生產(chǎn)記錄和質(zhì)量管理體系，對(duì)每批機(jī)制砂進(jìn)行跟蹤和監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，確保機(jī)制砂的質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。此外，還要加強(qiáng)機(jī)制砂的施工過(guò)程管理，機(jī)制砂在高速鐵路工程中主要用于路基填筑和軌道基床，因此，在施工過(guò)程中要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施工，控制填筑層的厚度和均勻性，確保機(jī)制砂的穩(wěn)定性和承載能力。要注意加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，保證施工過(guò)程的質(zhì)量和安全，及時(shí)處理施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，防止事故發(fā)生［6］。

4.4 提高程序合規(guī)性

機(jī)制砂廠建設(shè)前除征得建設(shè)單位同意外，還應(yīng)向地方政府報(bào)建，才能做到依法合規(guī)。生產(chǎn)的機(jī)制砂僅可用于本項(xiàng)目施工，嚴(yán)禁對(duì)地方單位及個(gè)人外售，相關(guān)部門會(huì)不定期進(jìn)行檢查。在機(jī)制砂的生產(chǎn)過(guò)程中，需要對(duì)原材料進(jìn)行嚴(yán)格的篩選和檢測(cè)，確保其物理性能指標(biāo)達(dá)到規(guī)定要求。同時(shí)，在生產(chǎn)過(guò)程中，還需要加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)和管理，確保生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性和一致性，還要定期進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正質(zhì)量問(wèn)題，確保機(jī)制砂的質(zhì)量穩(wěn)定可靠。通過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，了解機(jī)制砂在高速鐵路工程中的力學(xué)性能、變形特性及抗沖刷性能等方面的表現(xiàn)，為其更好地應(yīng)用于高速鐵路工程提供科學(xué)依據(jù)。同時(shí)，應(yīng)研究機(jī)制砂與其他材料的相互作用，探索其與土壤、路基結(jié)構(gòu)等的適應(yīng)性和兼容性，確保機(jī)制砂與其他材料的協(xié)同作用，提高工程的整體性能［7］。

4.5 優(yōu)化環(huán)境保護(hù)管理內(nèi)容

施工單位要主動(dòng)加強(qiáng)與地方鐵路建設(shè)協(xié)調(diào)指揮部、環(huán)保部門溝通，主動(dòng)接受檢查、監(jiān)督。地方生態(tài)環(huán)境部門每季度會(huì)不定期（收到舉報(bào)除外）進(jìn)行檢查，若機(jī)制砂廠產(chǎn)生的噪聲、 揚(yáng)塵、 污水、 廢棄物等處理不滿足環(huán)保要求的，一般會(huì)進(jìn)行封廠，整改完成并經(jīng)驗(yàn)收合格方可恢復(fù)生產(chǎn)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)影響較大，建議在機(jī)制砂建設(shè)完成后，主動(dòng)邀請(qǐng)地方生態(tài)環(huán)境部門對(duì)環(huán)保措施進(jìn)行驗(yàn)收，查漏補(bǔ)缺，過(guò)程中加強(qiáng)管理，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)［8］。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)制砂的顆粒形狀和顆粒大小分布合理，使其具有較好的摩擦特性和相對(duì)密實(shí)性。這些特性有助于提高鐵路路基的穩(wěn)定性和承載能力，減少路基沉降和變形，有效地保證了鐵路線路的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)制砂的顆粒之間存在著較大的孔隙度，這使得機(jī)制砂能夠較好地排水，避免積水。在高速鐵路工程中，排水問(wèn)題對(duì)保證路基的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要，因此機(jī)制砂的良好排水性能使其成為理想的選擇。機(jī)制砂的顆粒之間存在著較好的黏結(jié)性，能有效抵抗凍融循環(huán)帶來(lái)的損害。這對(duì)于在寒冷地區(qū)建設(shè)高速鐵路具有重要意義。

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收稿日期：2024-01-24

作者簡(jiǎn)介：吳釔鋒（1989—），男，本科，工程師，研究方向：工程試驗(yàn)檢測(cè)。