機制砂用于地鐵工程混凝土的可行性探討

張曉燕（廣州地鐵物資有限公司）

機制砂用于地鐵工程混凝土的可行性探討

張曉燕
（廣州地鐵物資有限公司）

機制砂在河砂緊缺的形勢下逐漸進入市場，但至今仍未獲得大規(guī)模應(yīng)用。本文通過實驗對比機制砂與天然河砂的各項性能指標(biāo)，分析機制砂對混凝土性能的影響，通過試配得到滿足地鐵車站樁基礎(chǔ)施工需求的機制砂混凝土配合比，探討采用機制砂代替河砂生產(chǎn)地鐵工程混凝土的可行性。【關(guān)鍵詞】機制砂；混凝土性能；配合比；地鐵工程

1 引言

砂作為混凝土生產(chǎn)的重要組成材料，其性能品質(zhì)對混凝土質(zhì)量乃至工程質(zhì)量都有著非常重要的影響。目前國內(nèi)混凝土生產(chǎn)仍以河砂為主，隨著城市建設(shè)需求的增大、環(huán)保要求的提升，河砂將逐漸成為一種稀缺資源。以廣州為例，2014年開始，市內(nèi)多條河道禁采，需砂量與供砂量嚴(yán)重失衡，河砂價格不斷上漲。2015年珠江口禁采砂期間，河砂一度“千金難求”。河砂供應(yīng)緊張之時，部分供應(yīng)商以次充好，以海砂冒充河砂進行供應(yīng)，管理不到位可能對工程質(zhì)量造成極其惡劣的影響。因此，尋找河砂在建材領(lǐng)域的替代品已是大勢所趨。

在市場河砂緊缺、質(zhì)量參差不齊的形勢下，機制砂逐漸進入人們的視野，但其應(yīng)用領(lǐng)域存在較多限制[1]，例如地鐵工程為保證混凝土品質(zhì)穩(wěn)定，仍要求采用應(yīng)用技術(shù)較為成熟的天然河砂作為原材料。本文通過實驗對比機制砂與天然河砂的各項性能指標(biāo)，分析機制砂對混凝土性能的影響，探索采用機制砂代替河砂生產(chǎn)地鐵工程混凝土的可行性。

2 機制砂與天然河砂的性能對比

依據(jù)JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標(biāo)準(zhǔn)》及GB14684-2011《建筑用砂》標(biāo)準(zhǔn)要求，分別對兩組機制砂、兩組河砂樣品進行檢測，檢測結(jié)果見表1、表2。

從檢測結(jié)果可以看出，與河砂相比機制砂細(xì)度模數(shù)偏高，堅固性稍差，吸水率較高，BMI值滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，石粉含量≤7%，滿足C55及以下等級混凝土用砂技術(shù)需求。

表1 機制砂與河砂性能對比

表2 機制砂與河砂的細(xì)度模數(shù)對比

3 機制砂配制地鐵工程水下樁混凝土的性能研究

由于機制砂本身粒形級配不及天然河砂優(yōu)良，且吸水率較高，相同配比下機制砂配制出的混凝土和易性較差[2]。本實文分別采用河砂和機制砂配置地鐵工程水下樁C35水下混凝土。實驗選用原材料如下：①水泥：海螺P.O 42.5R。②粉煤灰：韶關(guān)市曲江烏石港有限公司F類Ⅱ級粉煤灰。③礦粉：韶鋼S95礦粉。④碎石：從化順興石場5～25mm花崗巖。⑤砂：北江河砂及機制砂。⑥外加劑：廣東博眾BOZ-300緩凝型高性能減水劑。實驗選用配合比為廣州地鐵十四號線施工5標(biāo)樁基C35水下混凝土配比，如表3所示。分別用河砂和機制砂按表3配比配制C35水下混凝土，測試其工作性能、及強度，檢測結(jié)果見表4。

表3 廣州地鐵十四號線5標(biāo)樁基C35水下混凝土配合比

表4 河砂與機制砂配制C35水下混凝土的性能對比

由實驗結(jié)果可知，采用與河砂相同配比生產(chǎn)時，機制砂C35水下混凝土工作性能不能滿足施工要求。為滿足施工需求，達(dá)到良好的混凝土工作性能，實驗對機制砂混凝土重新進行配合比設(shè)計，適當(dāng)增大砂率、膠凝材料用量和單位體積用水量，進行試配實驗，對比不同配比混凝土工作性能及力學(xué)性能。配比設(shè)計方案見表5，其對應(yīng)各組混凝土性能測試結(jié)果見表6。

表5 機制砂配制C35水下混凝土配合比設(shè)計

表6 各組混凝土的性能對比

坍落度實驗結(jié)果表明，通過調(diào)整砂率、膠凝材料用量及用水量，第2、4組混凝土流動性較好，坍落度可達(dá)190mm以上，且工作性能滿足水下混凝土施工需求。力學(xué)性能方面，機制砂混凝土早期及28d抗壓強度均有較好表現(xiàn)，相同配比下，強度高于河砂混凝土。其原因在于機制砂表面粗糙多棱角易于與水泥粘結(jié)，同時機制砂中的石粉作為填充料，令混凝土結(jié)構(gòu)更為密實，抗?jié)B性能也隨之改善。除此之外較高的吸水率降低了反應(yīng)前期混凝土拌合物內(nèi)部的水膠比，被吸附的水在后期逐步釋放，促進水泥進一步水化[3]。

4 機制砂大規(guī)模應(yīng)用的可行性探討

通過以上實驗可知機制砂各項性能基本滿足建設(shè)工程標(biāo)準(zhǔn)對于建筑用砂的要求，且可以用機制砂配制出滿足施工要求的大流動性混凝土。但是目前重點工程的建設(shè)單位、施工單位在機制砂的使用上仍舊有所顧慮，導(dǎo)致機制砂的應(yīng)用未能大范圍推廣，要實現(xiàn)機制砂在重點工程領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用還需要解決以下幾個方面的問題。

4.1規(guī)范機制砂的生產(chǎn)及檢驗流程

經(jīng)制砂機生產(chǎn)出來的機制砂具有粒度均勻、粒形好、級配合理等優(yōu)點，但目前市場上大量的機制砂僅是碎石生產(chǎn)過程中的副產(chǎn)品（下腳料），收集后并沒有使用專業(yè)制砂設(shè)備再次加工處理。此類機制砂細(xì)度模數(shù)大，含泥量、片狀顆粒含量高，堅固性差，質(zhì)量毫無穩(wěn)定性可言，使用其配制的混凝土工作性能差。為規(guī)范市場保證材料品質(zhì)，生產(chǎn)廠家必須建立專業(yè)化的機制砂生產(chǎn)線，引進先進生產(chǎn)工藝，嚴(yán)格管控材料出廠質(zhì)量。目前較為先進的生產(chǎn)理念為破磨結(jié)合，例如沖擊破+棒磨機制砂和輥式制砂，可實現(xiàn)調(diào)整進料量、進料粒徑、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，較穩(wěn)定地按需要控制機制砂質(zhì)量[4]，同時砂出廠時應(yīng)增加石粉含量、顆粒級配、堅固性等關(guān)鍵指標(biāo)的檢測。

4.2加速機制砂應(yīng)用技術(shù)推廣

我國機制砂研究起步于20世紀(jì)60年代，發(fā)展至今，在已有研究應(yīng)用中機制砂可配制出C20到C80的普通混凝土和泵送混凝土。但機制砂在各類市政工程中應(yīng)用并不普遍，研究尚未完全落入生產(chǎn)實際中去。以廣州為例，混凝土生產(chǎn)商對河砂依賴性強，缺乏熟練掌握應(yīng)用工藝的技術(shù)人員。為突破這一現(xiàn)狀，攪拌站管理人員應(yīng)當(dāng)盡早看到機制砂的發(fā)展前景，著重展開相關(guān)應(yīng)用實踐研究，加強行業(yè)內(nèi)技術(shù)交流，熟練掌握機制砂性能變化對混凝土性能的影響，生產(chǎn)出可大范圍推廣的品質(zhì)優(yōu)良的機制砂混凝土。與此同時，項目施工現(xiàn)場也應(yīng)采用適用于機制砂混凝土的施工工藝流程，針對其流動性較差、易離析泌水等特性進一步優(yōu)化泵送管道布設(shè)，避免過振并加強混凝土養(yǎng)護[5]。

4.3政策導(dǎo)向及監(jiān)管

政府政策導(dǎo)向?qū)C制砂的市場的發(fā)展具有決定性的作用。目前我國大部分重點市政工程在設(shè)計時仍明確要求采用天然河砂配制混凝土，嚴(yán)重制約了機制砂的推廣使用。面對河砂資源的不斷減少，工程管理對機制砂的態(tài)度應(yīng)從簡單的禁止轉(zhuǎn)向如何用好機制砂。管理部門首先應(yīng)該加緊機制砂標(biāo)準(zhǔn)的制定，加強對粗獷型機制砂生產(chǎn)企業(yè)的管理，避免劣質(zhì)砂進入市場，并對引進先進生產(chǎn)工藝的機制砂生產(chǎn)企業(yè)予以扶持。樹立一批機制砂應(yīng)用示范企業(yè)，宣傳帶動行業(yè)整體應(yīng)用水平的提高。

5 結(jié)語

隨著天然河砂資源的逐漸枯竭，機制砂的推廣與應(yīng)用將是必然的、不可阻擋的趨勢。把機制砂利用好，需要政府監(jiān)管部門、建設(shè)單位、施工單位、混凝土供應(yīng)商、機制砂生產(chǎn)商的共同推進。在機制砂市場發(fā)展的初期，細(xì)化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、提高生產(chǎn)效率及產(chǎn)品品質(zhì)、不斷研究提升機制砂應(yīng)用水平，對于擴大機制砂應(yīng)用領(lǐng)域都將具有顯著意義。只要建立起良性的市場發(fā)展機制，機制砂將不只是在城市地鐵工程，也會在超高層建筑、航空基礎(chǔ)建設(shè)乃至各類超級工程中得到廣泛應(yīng)用。

[1]蘇斌.淺談機制砂的研究與應(yīng)用[J].山西建筑,2007(2).

[2]馮健.機制砂泵送混凝土的配合比研究及施工[J].隧道建設(shè),2000(2).

[3]常江,蔣元海,柳剛,胡玉柱,張鉑,祁建華,董猛,康勇.人工砂是配制優(yōu)質(zhì)混凝土和砂漿的理想材料[J].混凝土與水泥制品, 2005(03).

[4]楊文烈,邸春福.機制砂的生產(chǎn)及在混凝土中的應(yīng)用[J].混凝土,2008(06).

[5]武漢理工大學(xué).機制砂在混凝土中應(yīng)用技術(shù)指南[M].北京:人民交通出版社,2008.