鐵路工程項目機制砂混凝土配制及質量控制

祁可滿

（北京鐵城建設監理有限責任公司，北京 100855）

0 引言

在我國基礎設施建設投資力度不斷加大的背景下，混凝土河砂的用量與日俱增，但河砂開采對生態環境會造成較大破壞，如今我國部分地區石多砂少，河砂資源匱乏，如云南、貴州等巖溶地區，目前部分地區的河流區域已經限制開采河砂。因此，將機制砂作為混凝土配制的主要原材料勢在必行。機制砂最初應用在水利工程項目施工中，由于制砂工藝比較先進，機制砂的質量、穩定性較好。目前，機制砂在混凝土工程項目中得到了廣泛應用，如在鐵路工程、公路工程等領域，機制砂現已應用于一般混凝土工程施工。但在一些重點工程，尤其是重大橋梁工程項目施工中，對于是否使用機制砂還存在一定的爭議。基于此，開展鐵路工程項目機制砂混凝土配制及質量控制研究尤為必要。

1 工程概況

該監理標段范圍：玉溪西—橋頭村2#隧道進口，正線長度99.109km，玉溪南—研和站貨車聯絡線4.354km，管段范圍為站前一至四標，站后一標、二標、鋪架標以及站房標等監理工作。主要工程為：隧道共計16 座，其中5km 以上重難點隧道7 座，包括和樂隧道、萬和隧道、新平（原揚武）隧道、立新隧道、月牙田隧道、甘莊隧道、峨嘎山隧道；橋梁共計16 座，其中重難點橋梁4 座（定古雙線大橋、法土山雙線大橋、大開門河雙線大橋、立新寨四線特大橋）；涵洞54 座；車站5 座（玉溪南站改建、研和站、峨山站、化念站、元江站）；玉溪至元江范圍鋪架及四電工程等。

以所監理的站前二標為例，起點里程DK13+200，終點里程DK45+359.35，正線全長32.159km。主要結構物：隧道6 座，均為雙線隧道，共計27239 延長米，占線路總長84.7%。和樂隧道全長7922m，站前二標承擔任務3456m；玉林隧道全長331m；峨山隧道全長2731m；萬和隧道17441m；化念隧道全長759m；羅里隧道全長2521m。橋梁4 座，共計910.74m，占線路總長2.8%，包括金鴨下村雙線大橋（240.54m），玉林村雙線大橋（440.92m），羅里雙線大橋（159m），新村雙線中橋（70.28m），共有混凝土120 萬m3。自工程開工以來，在業主組織的三方檢測、昆明質監站組織的三方檢測和質監總站組織的三方檢測中，混凝土實體質量均符合設計要求，得到了各級領導的一致好評。

2 機制砂混凝土配制的要點

2.1 配合比

在機制砂混凝土配制中，配合比是非常重要的一個因素，選擇配合比時要嚴格遵循經濟、合理的原則。混凝土配合比是指水泥、水、砂、石子四種材料用量之間的比例關系。確定配合比時，需要綜合考慮水灰比、砂率、用水量三個參數，這些參數是機制砂混凝土配制的關鍵，對混凝土質量會造成較大的影響。因此，確定機制砂混凝土配合比之前，需要結合現場實際情況，通過多次配合比試驗來確定最佳的配合比，以保證機制砂混凝土的工作性能、強度、耐久性等全部滿足設計要求。嚴禁根據類似工程或相關經驗設計配合比，更不能在混凝土試配時采用質量好的材料，而在實際配制中選擇和試配時不一致的材料。

2.2 嚴格控制膠材用量

進行機制砂混凝土配制時，膠材的用量不宜過大，因為膠材用量越大，混凝土水化中形成的熱量就越大，混凝土內外溫度梯度也會越大，會在混凝土內部形成溫度應力，若拆模時間過早，極易發生溫度裂縫。此外，凝膠材料用量過大，混凝土收縮量也會增加，容易造成混凝土開裂，影響施工質量和美觀性。

2.3 混凝土坍落度不宜過大

對機制砂混凝土而言，坍落度越大，表明混凝土的黏聚性、保水性越差，進行混凝土澆筑時，容易發生離析問題，形成蜂窩、爛根等質量病害。因此，在機制砂混凝土配制滿足鐵路工程項目施工工藝和質量的前提下，還要合理控制的坍落度。

2.4 嚴控摻和料添加量

在機制砂混凝土配制過程中，還要嚴格控制礦物摻和料的添加量，案例工程為鐵路橋梁項目，為保證混凝土結構的穩定性，外摻粉煤灰的量應在20%～30%之間，在降低水泥用量的基礎上，提升混凝土拌和物的和易性[1]。若摻和料的添加量過大，反而會影響混凝土的早期強度。

2.5 嚴控機制砂混凝土砂率

對機制砂混凝土而言，若砂率低于合理范圍，砂漿在骨料之間就起不到潤滑和滾珠的作用，從而降低混凝土的黏聚性和保水性，混凝土澆筑后就容易發生泌水、離析、流漿等現象。若砂率超過合理范圍，隨著砂率的提升，粗細骨料的總比表面積也會隨之增大，在水泥用量保持不變的情況下，骨料表面包裹的漿量會變薄，潤滑作用也會隨之降低，混凝土的流動性也會降低。此外，大砂率除便于施工之外，對混凝土后期強度的增加、質量的提升并沒有任何好處。砂率的變動，會在一定程度上改變骨料的總表面積，對混凝土拌和物的和易性會造成較大影響。在機制砂混凝土配制中，確定砂率的主要原則是在保證混凝土拌和物具有良好的黏聚性和流動性的前提下，水泥砂漿最少的砂率為最佳砂率。

3 鐵路工程項目機制砂混凝土質量控制措施

3.1 原材料質量控制

原材料的質量直接關系到機制砂混凝土施工項目的質量，因此在實際施工中必須嚴格把控原材料的質量。

水泥：水泥的強度和體積安定性對混凝土質量有直接影響。在具體施工中，必須嚴格按照鐵路工程項目的實際要求，選擇合適的水泥品種和強度等級。由于站前二標位于云南省玉溪市峨山縣內，水泥供應廠家比較少，水泥質量的穩定性不足，且運輸距離遠，為保證項目順利施工，在水泥廠租借了3 個1000t 的水泥儲料罐來存儲該工程施工所用的水泥，每次水泥入灌前，要安排試驗人員進行取樣檢測，以便從源頭控制水泥質量。此外，還要加強水泥的車檢和批檢頻率，對拌和站水泥取樣進行標準稠度用水量、安定性、凝結時間等參數進行檢查，以保證所用的水泥質量達到鐵路工程項目機制砂混凝土施工要求。

粉煤灰：粉煤灰質量控制的要點為細度、燒失量、需水量比。云南地區粉煤灰比較少，且質量參差不齊，因此在實際施工中必須嚴把好粉煤灰質量關。利用高倍顯微鏡對每車粉煤灰進行車檢。檢測內容包括燒失量、細度，通過高倍顯微鏡對每車粉煤灰進行玻璃微珠含量進行檢驗，以提升粉煤灰質量檢測效率。該工程中高倍顯微鏡下分布在粉煤灰中的玻璃微珠如圖1 所示。

圖1 高倍顯微鏡下分布在粉煤灰中的玻璃微珠

粗集料：粗集料要選擇級配好的5～31.5mm 三級配碎石，由于站前二標位于云南省玉溪市內，該地區降雨量較大，碎石質量穩定性不足，尤其是在雨季，需要加大對碎石含泥量的檢測，每車都要檢測，以實現對粗集料質量的有效控制。

該工程采用機制砂來配制混凝土，其間控制機制砂石粉的含量是重中之重。若細集料中石粉的含量過大，會導致細集料的總比表面積增大，提升機制砂混凝土配制時的單位用水量，在膠凝材料用量保持一致的情況下，會導致混凝土強度降低。因此在機制砂生產中，需要增配沖洗設備，以有效控制機制砂中的石粉含量[2]。

外加劑和拌和水：為保證鐵路工程項目施工質量，該工程在機制砂混凝土配制中采用了新型無堿型液態速凝劑作為外加劑，以提升混凝土的初期強度，降低混凝土中的堿含量，提升混凝土結構的總體強度。

拌和水：凡是可以直接飲用的水都可以作為機制砂混凝土的拌和水和養護水。

3.2 混凝土拌和和運輸質量控制

為滿足鐵路工程項目施工進度和工程量的要求，應選擇適宜的混凝土拌和設備和運輸設備。該工程采用強制式攪拌機進行混凝土拌和，配料系統采用自動計量裝置，用高精度電子計量設備對原材料的添加量進行計量。同時，拌和時嚴格按照試驗確定的配合比進行。為保證混凝土拌和質量，工程施工中于混凝土拌和站配備了上海同旺信息化系統，當原材料質量稱量誤差超過1%、5%、10%時，系統會自動發出初級、中級、高級報警。一旦發生報警，現場拌和人員需要立即對此盤混凝土拌和物的含氣量、坍落度都進行檢測，若滿足要求則繼續使用，若不滿足要求，可適當降低混凝土標號使用，或廢棄處理，以保證每車混凝土都是合格品[3]。配制好的混凝土通過運輸罐車運輸到施工現場進行澆筑。在機制砂混凝土澆筑中，要保證罐體始終處于轉動狀態，以免發生混凝土離析問題，且運輸距離必須受控，避免在運輸中發生二次加水情況。

3.3 混凝土澆筑和振搗質量控制

澆筑混凝土之前，應對模板及其支架、鋼筋、預埋件進行檢驗，并做好相應的記錄。同時，應將倉面清掃干凈，澆筑面經驗倉合格方可進行混凝土澆筑。澆筑時，應從低層到高層進行分層澆筑，各層的厚度要視振搗方法和結構的配筋情況而定。混凝土施工期間，下料高度大于2m 時，應采用串筒澆筑，一次澆筑高度不得大于50mm[4]。澆筑期間，應設立位移、變形觀測點，派專人對二襯臺車支架、橋梁模板進行監測，并對模板進行檢查和加固。該工程用分流槽對混凝土襯砌進行分層分窗澆筑，如圖2 所示。

圖2 用分流槽對混凝土襯砌進行分層分窗澆筑圖

混凝土的搗實是使模混凝土成形、致密的工序，目的在于保證構件的外形、表面平整，強度及其他各項指標均達到設計要求。根據混凝土攪拌材料的性質、混凝土結構、構件或制品的制造方法，選用合適的振搗方法，明確振搗時間。注漿入模后，必須立即進行足夠的振搗，以保證新入模的混凝土能夠填充到模板的每個角落，并將泡沫排除，從而達到最大程度的致密均勻[5]。玉磨鐵路隧道二襯混凝土振搗采用襯砌臺車與手工振搗結合的方法，解決了因混凝土振搗不足引起的混凝土缺陷問題，有效地防止了病害。該工程襯砌臺車放置的輔助振搗器如圖3 所示。

圖3 襯砌臺車放置的輔助振搗器

3.4 混凝土養護質量控制

混凝土的固化和硬化是水和水泥發生水化作用而形成的，因此在混凝土澆筑后的早期階段，采用相應的工藝措施，建立合適的水化反應條件來進行混凝土養護。養護的目的是為混凝土的固化提供必要的溫度和濕度等條件。常用的養護方式有標準養護、熱養護和自然養護，并且應針對不同的施工條件采取不同的養護措施。若混凝土結構的面積較大，不適宜采用覆蓋、澆水或塑料布養護等方式，則應采用噴淋保護層，以避免混凝土內部水分蒸發，從而確保水化反應的正常進行。該工程二襯混凝土配有混凝土襯砌維修臺車，能24 小時維護隧道襯砌，確保二襯混凝土的強度。在橋墩的混凝土養護中，使用了噴射式養護技術[6]。養護流程大致如下：固定好頂部蓋板的上部（噴頭工作系統），再用不滲透布將橋墩包裹，并與上側的防護網相連。安裝在地面的水箱使用定時繼電器，定期上水，養護橋墩。該工程橋梁墩身混凝土噴淋養護系統如圖4 所示。

圖4 橋梁墩身混凝土噴淋養護系統

4 結語

綜上所述，混凝土質量控制是個系統工程，在玉磨鐵路項目中，對機制砂混凝土配合比設計、原材料質量、混凝土拌制、混凝土運輸及混凝土養護等環節進行了有效管控，未出現混凝土質量問題，混凝土結構實體質量滿足設計要求，該項目的成功經驗可為類似工程施工提供一定的參考和指導。