項目自產機制砂的質量管理探討

唐愛華

摘要 由于天然砂資源減少，機制砂在建設中得到大量運用，因其母材不同、加工設備配置不同，生產的機制砂質量良莠不齊，造成混凝土拌和物性能不穩定，使施工建設的質量控制難度加大。根據漢巴南鐵路HBNZQSG-6標水泥混凝土所使用的制砂、用砂經驗總結歸納，文章就不同強度等級的混凝土的母材選擇要求、級配控制方法、環保要求等各環節中的常見問題、注意事項等方面，規范機制砂的生產管理和質量控制活動來保證質量、降低工程造價。

關鍵詞 機制砂；質量；管理

中圖分類號 TU528.041文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0167-03

0 引言

近年來，我國公路、鐵路等基礎設施發展迅猛，將實現黨的十九大報告提出“2020—2035年基本建成交通強國，2035—2050年全面建成交通強國”的遠大目標。

無論公路還是鐵路建設，都離不開水泥混凝土，混凝土是目前我國乃至世界上用量很大的建筑結構材料，砂是組成混凝土材料之一，受天然砂資源限制，機制砂成為近年來工程建設主要的用砂原材料。但機制砂生產存在“小亂差”，品質不一等現象，導致混凝土出現和易性差、孔隙率大，水泥超耗，混凝土開裂等質量問題。該文結合新建鐵路漢巴南HBNZQSG-6標項目實際，總結生產機制砂取得的機制砂質量管理經驗與經濟效益，探討生產機制砂質量系統管理控制環節應注意的問題，為以后更好運用和管理機制砂提高工程質量提供幫助。

1 工程概況

新建鐵路漢巴南HBNZQSG-6標位于四川省東北部巴中市境內，正線長度21.036 km，其中隧道共7座（特長隧道2座），橋梁6座（特大橋1座），共長20.071 km，水泥混凝土約1 100 000 m3。

2 機制砂定義

在《建設用砂》（GB/T 14684—2022）中對機制砂（manufactured sand）的定義為：以巖石、卵石、礦山廢石和尾礦等為原料，經除土處理，由機械破碎、整形、篩分、粉控等工藝制成的，級配、粒形核石粉含量滿足要求且粒徑小于4.75 mm的顆粒[1]。

3 機制砂質量要求

機制砂的粒徑在0.075～4.75 mm之間的每一粒級均有一定的百分比要求，小于0.075 mm的石粉含量有一定的限制?？障堵试叫≡胶?，其粒形接近天然較好。砂的規格按細度模數（Mx）分為粗、中、細、特細四種規格[1]，其中：粗砂為3.7～3.1 mm；中砂為3.0～2.3 mm；細砂為2.2～1.6 mm；特細砂為1.5～0.7 mm。砂的類別按其技術要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。

4 機制砂質量管理控制

我國機制砂質量并不樂觀，主要呈現為品質不一、級配不佳、石粉含量控制困難、砂中絮凝劑殘留量超標等問題。為了合理利用機制砂資源，確保機制砂及其應用配制混凝土質量滿足設計和標準要求，該項目主要從以下幾個方面規范機制砂的生產管理和質量控制活動，最大限度減小環境破壞，降低工程造價。

4.1 機制砂生產質量控制

4.1.1 機制砂生產場地建設

建場一般包括策劃、方案評審、建場驗收、試生產與調試、產品驗收五個方面。

（1）策劃：

①根據該項目地質及施工設計圖，對該項目所需砂石估算（如表1所示）：

②用于生產機制砂的母巖應為石灰巖、白云巖、花崗巖、玄武巖等潔凈、質地堅硬、無軟弱顆粒及無風化石的巖石；不能使用泥巖、頁巖、板巖等軟質巖或風化的巖石來生產機制砂；巖性多變、夾層多的礦山也不宜用來生產機制砂；加工成碎石時巖石抗壓強度大于等于1.5倍混凝土抗壓強度等級[2]。

③根據該項目在巴中市南江縣初選的礦山所取母巖的巖性、抗壓強度等相關檢測結果（如表2所示），綜合得出利用挖石方制備機制砂是可行的。

（2）方案評審：

①場地選擇：選址合理，綜合考慮入、出運距，遠離居民區，但需有通路、通水、通電，確保開采與制砂作業的安全，涉及農田、森林及污水排放要符合環水保政策，避開地質災害[3]。

②設備選擇：機制砂加工系統應包括除土系統、給料系統、破碎系統、篩分系統、整形制砂系統、輸送系統、生產質量監測信息化系統、電控系統、除塵系統和水處理系統等[3]。根據母巖種類及性能，選用相適應的反擊式破碎機、圓錐式破碎機、分級振動篩、攪拌混合機等工藝成熟的機制砂生產線，所選制砂設備的生產能力應滿足項目生產機制砂的使用量及生產進度要求。

③檢測要求：配備足夠的人員、設備，負責母巖質量、生產過程質量、成品機制砂出廠質量的檢測和控制等相關要求。

（3）建場驗收。針對場區布局、母巖來源、生產設備、工藝、技術標準、試驗檢測、質量控制措施、環水保、安全等進行綜合評估，驗收合格后方可進行試生產及調試。

（4）試生產與調試。試驗檢測人員應及時對試生產的機制砂顆粒級配、石粉、粒形、細度模數等及時檢測，提出整改要求，以便及時調整生產設備。一般認為，處于Ⅱ區級配的砂，其粗細適中，級配較好，是配制混凝土的最理想的級配區。

（5）產品驗收。試生產的機制砂經全面檢測合格后，才能全面生產，機制砂成品出廠時應提供產品質量合格證書。

4.1.2 機制砂生產的工藝流程

機制砂生產的工藝流程如圖1所示。

4.2 機制砂應用過程質量控制

4.2.1 母巖質量控制

（1）加工前，母巖經專人驗收，不得選用夾層含泥較多、巖石分層成片狀等質量差的母巖，不得有泥土、風化巖、樹根、草皮等雜物混入，原料區與母巖存儲區有效分區，防母巖二次污染。

（2）母巖材性變化時或“外購”母巖，須全面檢測母巖指標。

（3）機制砂生產前應對其母巖的飽水抗壓強度、吸水率、堅固性、密度進行檢測，每5 000 t或5個生產日為一批次。

4.2.2 機制砂級配的調整控制

機制砂生產過程中應加強設備的維護，及時更換易磨損設備，穩定機制砂的質量。加強過程檢測，當級配不佳，及時調整棒條喂料機或振動給料機的篩條長度、間距，清除細小破碎顆粒，指導生產。

4.2.3 機制砂石粉含量的控制

石粉含量控制在5%～10%，亞甲藍MB＜1.40 g/kg時，對C50以下各種強度等級的混凝土的和易性和強度都能起到較好的作用，不是所有混凝土都必須減少石粉用量，對于低標號的水泥混凝土，石粉含量可以用到15%或更多些，關鍵在于控制亞甲藍MB值，使用亞甲藍MB值＜0.5 g/kg的石粉，效果最好。

表面粗糙、微級配完整的石粉有較高的親水性，在混凝土的界面起到很好的填充效應、保水效應和潤滑效應。它使漿體密實，孔隙率減小，改善混凝土的和易性。最適合配制混凝土的機制砂細度模數為2.6～3.0，級配為Ⅱ區。石粉含量高一方面使砂的比表面積增大，增加用水量；另一方面，細小的球形顆粒產生的滾珠作用又會改善混凝土和易性。因此不能將機制砂中的石粉片面地視為有害物質（如圖2、圖3所示）。

4.2.4 絮凝劑用量與殘留量控制

近幾年，由于環保嚴管，砂石廠大量采用絮凝劑加速污水沉淀處理后循環利用來洗去砂中的超標石粉，致使機制砂中殘留的絮凝劑量很高，對混凝土拌和物性能及強度造成不利影響。據試驗比較，摻絮凝劑清洗機砂，不同種類的絮凝劑適用范圍不同，聚氯化鋁（PAC）用量控制在0.01%以下，陰離子型聚丙烯酰胺（PAM）控制在0.02%以下，對混凝土各方面性能影響較小。

因此，在清洗機砂時，應嚴格控制絮凝劑的用量，并將絮凝劑放入用專用容器稀釋后排入待處理污水中，力求將絮凝劑殘留量對機砂及對混凝土的不良影響降到最低（如圖4所示）。

4.2.5 配合比管理

（1）不同巖性母巖對水的吸附不同，對減水劑和膠材的適應性也不同，因此不同巖性機制砂應分別設計配合比，做好不同配合比設計技術儲備，以適應不同結構的要求。

（2）配合比設計時應選用與機制砂標配曲線對應的砂率，按“五點法”進行機制砂混凝土的試配，即以機制砂標配曲線對應的砂率為中間值，上下每間隔2%選取一個砂率進行混凝土拌和物和易性試驗，以混凝土的和易性達到最佳為最優砂率。

（3）定期檢查機制砂生產線，充分熟悉制砂設備特性，調整生產工藝參數，獲得更適宜的機制砂級配、石粉含量、粒形等來保證配合比的適應性。

（4）采取摻粉煤灰或者礦物摻合料雙摻，適當調整減水劑摻量和砂率以及粗集料的比例等方式調整施工配合比，以滿足拌和物性能、強度及耐久性需要。

5 機制砂檢測結果

經過砂石加工場反復調整和多次取樣檢測，機制砂的顆粒級配滿足相關技術要求，細度模數控制在2.7～3.1之間。石粉、泥塊含量等檢測結果均滿足相關技術要求。

6 機制砂在該項目中的應用

在該項目中，根據混凝土的不同部位及施工工藝，C30采用不同的水膠比，其配合比及拌和物工作性如表3、表4所示：

7 經濟效益

經測算，項目自產機制砂的到場成本價為115.8元/t，市場外購機制砂到場價為133.5元/t，故為該項目節約成本=1 100 000 m3×0.88 t/m3×（133.5～115.8）元/t=17 133 600元。

8 結語

項目自產機制砂母巖材質穩定，易于質量控制及管理，但其質量管理與控制涉及項目管理多個部門，必須建立有效的質量安全管理體系，控制好各個環節，充分利用可用資源來制備機制砂，不但為項目解決了砂石材料問題，更為項目創造了經濟效益。根據其粒度、級配和性能都具有可調控的特點，機制砂的應用將越來越廣泛，因此這值得總結經驗，在探索中不斷改進，在新標準實施后，相信機制砂的質量會越來越好，為我國的交通基礎設施建設提供堅實的基礎和保障。

參考文獻

[1]建設用砂： GB/T 14684—2022[S]. 北京：中國標準出版社， 2022.

[2]鐵路混凝土： TB/T 3275—2018[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2018.

[3]鐵路機制砂場建設技術規程： Q/CR 9570—2020[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2020.