合福铁路闽赣段机制砂使用探讨

刘 勇

1 概述

国内外使用机制砂作为混凝土细骨料已有30年～50年的历史，并且发达国家已经形成了完善的机制砂材料、试验及使用标准。我国由于试验标准与技术规范的不够完善，目前建筑业还是普遍采用天然砂，在众多重要结构中限制使用机制砂。如沪蓉国道主干线湖北沪蓉高速公路(宜昌到恩施段)土建施工招标文件规定:“C30(不含C30)以上混凝土，墩高30 m及以上的桥梁墩身，桥梁上部构造混凝土均不得使用机制砂，必须使用天然砂”。种种不接受石粉、机制砂的现象，严重制约了机制砂的应用。机制砂的大量使用也多是在天然砂供量不足或经济比选极不合理的地区。随着国内基础建设迅猛发展及对建筑工程质量重视程度的提高，作为混凝土主要材料砂的用量也是越来越大，且对其质量要求也逐渐提高，但合格天然砂资源却越来越少。因此，用优质机制砂替代天然砂是大势所趋。

合福铁路闽赣段经江西婺源、上饶穿越武夷山脉至福建省武夷山市，向南经建阳、建瓯、南平后转向东，经古田、闽清、闽侯后进入福州枢纽福州站，全长约469.37 km，沿线主要为中低山区，隧道比例为65%。沿线隧道地层岩性以花岗岩、花岗闪长岩、凝灰岩、凝灰熔岩、云母石英片岩及片麻岩等极硬岩、硬质岩为主，机制砂原材料丰富。本文根据北武夷山隧道麻子坑斜井机制砂实验讨论机制砂在合福铁路闽赣段的推广使用。

2 机制砂加工生产流程

麻子坑破碎场机制砂加工生产共分七步:

1)将待加工粒度不大于210 mm的隧道弃碴用喂料机送入PEX-250×1000颚式破碎机，粗破成粒径小于60 mm的碎石;2)粗破后的碎石通过给料带送入4台PE-150×250破碎机，中破成粒径小于40 mm的物料;3)中破后的物料经振动筛分选出粒径小于25 mm的待制砂料，通过给料带送入Xs700型对辊制砂机进行细碎，生产出粒径小于10 mm的粗砂;4)粗砂经给料带送入滚桶筛进行分选，达到成品粒径要求的物料进入洗砂机清洗，未达标的物料经回笼带返回对辊制砂机重新加工，形成闭路多次循环;5)用捞砂机将清洗后的成品捞出后经成品出砂带送入堆砂仓;6)洗砂池的污水被送入沉淀池沉淀;7)未能沉淀的污水经抽水管送入压滤机，污水经压滤机后被分为石粉块和清水，石粉块定期排出，清水可以重复利用或排放。

3 机制砂试验成果

3.1 母岩鉴定及单轴饱和抗压强度试验

GB/T 14685-2001建筑用卵石、碎石中对原材岩石抗压强度有如下规定:在水饱和状态下，其抗压强度火成岩应不小于80 MPa，变质岩应不小于60 MPa，水成岩应不小于30 MPa。

检测结果显示，岩石鉴定为中粒花岗岩，其单轴饱和抗压强度为119.4 MPa，符合规范中火成岩抗压强度不小于80 MPa的规定。机制砂作为混凝土的细骨料，其母岩的单轴饱和抗压强度不应小于GB/T 14685-2001建筑用卵石、碎石中的规定。

3.2 细骨料实验

对机制砂进行了细骨料实验检测，共检测了16个项目:颗粒分析、石粉含量、泥块含量、表观密度、堆积密度、紧密密度、空隙率、压碎指标、云母含量、轻物质含量、有机物含量、吸水率、坚固性、硫化物及硫酸含量、Cl－含量、碱活性。

根据GB/T 14684-2001建筑用砂，砂表观密度、堆积密度、空隙率应符合如下规定:表观密度大于2 500 kg/m3、松散堆积密度大于1 350 kg/m3、空隙率小于47%。细骨料试验检测结果表明，该机制砂符合混凝土用砂标准要求，级配符合Ⅰ区粗砂标准要求。

3.3 C35混凝土配合比试验

采用麻子坑破碎场生产的碎石、机制砂进行了C35混凝土配合比选定、每立方米混凝土用料量测试、混凝土拌合物性能测试及硬化混凝土性能测试，测试结果如表1～表4所示。

表1 配合比选定结果

试验检测结果表明，C35混凝土抗压强度14 d，56 d达到设计值的122%，126%，56 d抗渗等级大于P12，56 d电通量为901 C。

表2 每立方米混凝土用料量 kg/m3

表3 混凝土拌合物性能测试结果

表4 硬化混凝土性能测试结果

4 破碎场碎石、机制砂生产的经济分析

麻子坑破碎场生产的粗颗粒经筛分后可以作为混凝土中的粗骨料，细颗粒可以进一步生产细骨料。对其生产的碎石、机制砂经济分析如表5所示。

表5 麻子坑破碎场生产的碎石、机制砂经济分析表

该段隧道长约10 km，隧道地层岩性为凝灰熔岩、花岗岩，约150万m3隧道弃碴都可以用来生产碎石、机制砂。由经济分析表可见，用弃碴生产混凝土骨料可以节省1 037万元，并且减少弃碴占用耕地，经分析比较，麻子坑破碎场生产的碎石、机制砂经济可行，节能环保。

5 结语

本文通过细骨料检测、混凝土配合比实验对机制砂进行技术论证，并通过机制砂供需量、生产成本与天然砂成本进行经济对比分析，论述了其经济可行性，得出如下结果:

1)花岗岩、花岗闪长岩、凝灰岩、凝灰熔岩及片麻岩进行的单轴饱和抗压强度均满足机制砂生产要求。

2)机制砂符合混凝土用砂标准要求，且级配符合Ⅰ区粗砂标准。

3)由碎石、机制砂配成的C35混凝土，其抗压强度、抗渗等级、电通量达到工程设计要求。

4)经济分析表明麻子坑破碎场生产的碎石、机制砂经济可行。

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