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模應用。本文通過實驗對比機制砂與天然河砂的各項性能指標，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地鐵工程混凝土的可行性。【關鍵詞】機制砂；混凝土性能；配合比；地鐵工程

1 引言

砂作為混凝土生產的重要組成材料，其性能品質對混凝土質量乃至工程質量都有著非常重要的影響。目前國內混凝土生產仍以河砂為主，隨著城市建設需求的增大、環保要求的提升，河砂將逐漸成為一種稀缺資源。以廣州為例，2014年開始，市內多條河道禁采，需砂量與供砂量嚴重失衡，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”。河砂供應緊張之時，部分供應商以次充好，以海砂冒充河砂進行供應，管理不到位可能對工程質量造成極其惡劣的影響。因此，尋找河砂在建材領域的替代品已是大勢所趨。

在市場河砂緊缺、質量參差不齊的形勢下，機制砂逐漸進入人們的視野，但其應用領域存在較多限制[1]，例如地鐵工程為保證混凝土品質穩定，仍要求采用應用技術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，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JGJ52-2006《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》及GB14684-2011《建筑用砂》標準要求，分別對兩組機制砂、兩組河砂樣品進行檢測，檢測結果見表1、表2。

從檢測結果可以看出，與河砂相比機制砂細度模數偏高，堅固性稍差，吸水率較高，BMI值滿足標準要求，石粉含量≤7%，滿足C55及以下等級混凝土用砂技術需求。

表1 機制砂與河砂性能對比

表2 機制砂與河砂的細度模數對比

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，檢測結果見表4。

表3 廣州地鐵十四號線5標樁基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

由實驗結果可知，采用與河砂相同配比生產時，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計，適當增大砂率、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性能。配比設計方案見表5，其對應各組混凝土性能測試結果見表6。

表5 機制砂配制C35水下混凝土配合比設計

表6 各組混凝土的性能對比

坍落度實驗結果表明，通過調整砂率、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190mm以上，且工作性能滿足水下混凝土施工需求。力學性能方面，機制砂混凝土早期及28d抗壓強度均有較好表現，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，同時機制砂中的石粉作為填充料，令混凝土結構更為密實，抗滲性能也隨之改善。除此之外較高的吸水率降低了反應前期混凝土拌合物內部的水膠比，被吸附的水在后期逐步釋放，促進水泥進一步水化[3]。

4 機制砂大規模應用的可行性探討

通過以上實驗可知機制砂各項性能基本滿足建設工程標準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單位、施工單位在機制砂的使用上仍舊有所顧慮，導致機制砂的應用未能大范圍推廣，要實現機制砂在重點工程領域的大規模應用還需要解決以下幾個方面的問題。

4.1規范機制砂的生產及檢驗流程

經制砂機生產出來的機制砂具有粒度均勻、粒形好、級配合理等優點，但目前市場上大量的機制砂僅是碎石生產過程中的副產品（下腳料），收集后并沒有使用專業制砂設備再次加工處理。此類機制砂細度模數大，含泥量、片狀顆粒含量高，堅固性差，質量毫無穩定性可言，使用其配制的混凝土工作性能差。為規范市場保證材料品質，生產廠家必須建立專業化的機制砂生產線，引進先進生產工藝，嚴格管控材料出廠質量。目前較為先進的生產理念為破磨結合，例如沖擊破+棒磨機制砂和輥式制砂，可實現調整進料量、進料粒徑、轉速等參數，較穩定地按需要控制機制砂質量[4]，同時砂出廠時應增加石粉含量、顆粒級配、堅固性等關鍵指標的檢測。

4.2加速機制砂應用技術推廣

我國機制砂研究起步于20世紀60年代，發展至今，在已有研究應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用并不普遍，研究尚未完全落入生產實際中去。以廣州為例，混凝土生產商對河砂依賴性強，缺乏熟練掌握應用工藝的技術人員。為突破這一現狀，攪拌站管理人員應當盡早看到機制砂的發展前景，著重展開相關應用實踐研究，加強行業內技術交流，熟練掌握機制砂性能變化對混凝土性能的影響，生產出可大范圍推廣的品質優良的機制砂混凝土。與此同時，項目施工現場也應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化泵送管道布設，避免過振并加強混凝土養護[5]。

4.3政策導向及監管

政府政策導向對機制砂的市場的發展具有決定性的作用。目前我國大部分重點市政工程在設計時仍明確要求采用天然河砂配制混凝土，嚴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度應從簡單的禁止轉向如何用好機制砂。管理部門首先應該加緊機制砂標準的制定，加強對粗獷型機制砂生產企業的管理，避免劣質砂進入市場，并對引進先進生產工藝的機制砂生產企業予以扶持。樹立一批機制砂應用示范企業，宣傳帶動行業整體應用水平的提高。

5 結語

隨著天然河砂資源的逐漸枯竭，機制砂的推廣與應用將是必然的、不可阻擋的趨勢。把機制砂利用好，需要政府監管部門、建設單位、施工單位、混凝土供應商、機制砂生產商的共同推進。在機制砂市場發展的初期，細化相關標準規范、提高生產效率及產品品質、不斷研究提升機制砂應用水平，對于擴大機制砂應用領域都將具有顯著意義。只要建立起良性的市場發展機制，機制砂將不只是在城市地鐵工程，也會在超高層建筑、航空基礎建設乃至各類超級工程中得到廣泛應用。

[1]蘇斌.淺談機制砂的研究與應用[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,2000(2).

[3]常江,蔣元海,柳剛,胡玉柱,張鉑,祁建華,董猛,康勇.人工砂是配制優質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.機制砂的生產及在混凝土中的應用[J].混凝土,2008(06).

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