合福鐵路閩贛段機制砂使用探討

劉 勇

1 概述

國內外使用機制砂作為混凝土細骨料已有30年～50年的歷史，并且發達國家已經形成了完善的機制砂材料、試驗及使用標準。我國由于試驗標準與技術規范的不夠完善，目前建筑業還是普遍采用天然砂，在眾多重要結構中限制使用機制砂。如滬蓉國道主干線湖北滬蓉高速公路(宜昌到恩施段)土建施工招標文件規定:“C30(不含C30)以上混凝土，墩高30 m及以上的橋梁墩身，橋梁上部構造混凝土均不得使用機制砂，必須使用天然砂”。種種不接受石粉、機制砂的現象，嚴重制約了機制砂的應用。機制砂的大量使用也多是在天然砂供量不足或經濟比選極不合理的地區。隨著國內基礎建設迅猛發展及對建筑工程質量重視程度的提高，作為混凝土主要材料砂的用量也是越來越大，且對其質量要求也逐漸提高，但合格天然砂資源卻越來越少。因此，用優質機制砂替代天然砂是大勢所趨。

合福鐵路閩贛段經江西婺源、上饒穿越武夷山脈至福建省武夷山市，向南經建陽、建甌、南平后轉向東，經古田、閩清、閩侯后進入福州樞紐福州站，全長約469.37 km，沿線主要為中低山區，隧道比例為65%。沿線隧道地層巖性以花崗巖、花崗閃長巖、凝灰巖、凝灰熔巖、云母石英片巖及片麻巖等極硬巖、硬質巖為主，機制砂原材料豐富。本文根據北武夷山隧道麻子坑斜井機制砂實驗討論機制砂在合福鐵路閩贛段的推廣使用。

2 機制砂加工生產流程

麻子坑破碎場機制砂加工生產共分七步:

1)將待加工粒度不大于210 mm的隧道棄碴用喂料機送入PEX-250×1000顎式破碎機，粗破成粒徑小于60 mm的碎石;2)粗破后的碎石通過給料帶送入4臺PE-150×250破碎機，中破成粒徑小于40 mm的物料;3)中破后的物料經振動篩分選出粒徑小于25 mm的待制砂料，通過給料帶送入Xs700型對輥制砂機進行細碎，生產出粒徑小于10 mm的粗砂;4)粗砂經給料帶送入滾桶篩進行分選，達到成品粒徑要求的物料進入洗砂機清洗，未達標的物料經回籠帶返回對輥制砂機重新加工，形成閉路多次循環;5)用撈砂機將清洗后的成品撈出后經成品出砂帶送入堆砂倉;6)洗砂池的污水被送入沉淀池沉淀;7)未能沉淀的污水經抽水管送入壓濾機，污水經壓濾機后被分為石粉塊和清水，石粉塊定期排出，清水可以重復利用或排放。

3 機制砂試驗成果

3.1 母巖鑒定及單軸飽和抗壓強度試驗

GB/T 14685-2001建筑用卵石、碎石中對原材巖石抗壓強度有如下規定:在水飽和狀態下，其抗壓強度火成巖應不小于80 MPa，變質巖應不小于60 MPa，水成巖應不小于30 MPa。

檢測結果顯示，巖石鑒定為中粒花崗巖，其單軸飽和抗壓強度為119.4 MPa，符合規范中火成巖抗壓強度不小于80 MPa的規定。機制砂作為混凝土的細骨料，其母巖的單軸飽和抗壓強度不應小于GB/T 14685-2001建筑用卵石、碎石中的規定。

3.2 細骨料實驗

對機制砂進行了細骨料實驗檢測，共檢測了16個項目:顆粒分析、石粉含量、泥塊含量、表觀密度、堆積密度、緊密密度、空隙率、壓碎指標、云母含量、輕物質含量、有機物含量、吸水率、堅固性、硫化物及硫酸含量、Cl－含量、堿活性。

根據GB/T 14684-2001建筑用砂，砂表觀密度、堆積密度、空隙率應符合如下規定:表觀密度大于2 500 kg/m3、松散堆積密度大于1 350 kg/m3、空隙率小于47%。細骨料試驗檢測結果表明，該機制砂符合混凝土用砂標準要求，級配符合Ⅰ區粗砂標準要求。

3.3 C35混凝土配合比試驗

采用麻子坑破碎場生產的碎石、機制砂進行了C35混凝土配合比選定、每立方米混凝土用料量測試、混凝土拌合物性能測試及硬化混凝土性能測試，測試結果如表1～表4所示。

表1 配合比選定結果

試驗檢測結果表明，C35混凝土抗壓強度14 d，56 d達到設計值的122%，126%，56 d抗滲等級大于P12，56 d電通量為901 C。

表2 每立方米混凝土用料量 kg/m3

表3 混凝土拌合物性能測試結果

表4 硬化混凝土性能測試結果

4 破碎場碎石、機制砂生產的經濟分析

麻子坑破碎場生產的粗顆粒經篩分后可以作為混凝土中的粗骨料，細顆粒可以進一步生產細骨料。對其生產的碎石、機制砂經濟分析如表5所示。

表5 麻子坑破碎場生產的碎石、機制砂經濟分析表

該段隧道長約10 km，隧道地層巖性為凝灰熔巖、花崗巖，約150萬m3隧道棄碴都可以用來生產碎石、機制砂。由經濟分析表可見，用棄碴生產混凝土骨料可以節省1 037萬元，并且減少棄碴占用耕地，經分析比較，麻子坑破碎場生產的碎石、機制砂經濟可行，節能環保。

5 結語

本文通過細骨料檢測、混凝土配合比實驗對機制砂進行技術論證，并通過機制砂供需量、生產成本與天然砂成本進行經濟對比分析，論述了其經濟可行性，得出如下結果:

1)花崗巖、花崗閃長巖、凝灰巖、凝灰熔巖及片麻巖進行的單軸飽和抗壓強度均滿足機制砂生產要求。

2)機制砂符合混凝土用砂標準要求，且級配符合Ⅰ區粗砂標準。

3)由碎石、機制砂配成的C35混凝土，其抗壓強度、抗滲等級、電通量達到工程設計要求。

4)經濟分析表明麻子坑破碎場生產的碎石、機制砂經濟可行。

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