南平高速咨询监理有限公司 福建南平 353000
摘要：结合南平邵光高速公路A3合同段隧道工程实例，介绍机制砂的特性、生产质量控制，分析影响机制砂混凝土的质量的因素，总结机制砂混凝土施工工艺与质量控制，为进一步福建高速公路机制砂混凝土应用的规范化提供参考。
关键词：机制砂；质量控制；混凝土；应用
1 机制砂在福建高速公路中使用的现状
由于天然砂资源在福建省地区相对较为丰富，而机制砂生产线投资大，前期费用投入大，机制砂在福建的推广运用程度不及我国内陆地区。又因用于低标号混凝土时经济性不明显，机制砂混凝土拌合物流动性差，易结块，个别施工企业为了节约成本，将破碎后的石屑充当机制砂使用项目建设中，导致工程质量存在隐患，再加之项目业主和监理等上级管理部门严格管控等种种原因，减缓了福建省的机制砂运用推广的进程。
随着福建省基础建设的加大，一方面以河砂为主的天然砂将无法满足日益增长的混凝土用量需求；另一方面，因天然砂的过分开采，严重破坏了自然生态环境，这种混凝土用砂供需矛盾日益突出，影响工程建设进度。而机制砂作为一种新型材料，替代天然河砂在福建省的应用，已成为混凝土行业可持续发展的趋势，福建省政府对此也出台了一系列的文件限制闽江砂的开挖，推广机制砂在福建省的应用。
如何更好的规范并推广机制砂对于福建省来说尤为重要。高速公路作为高等级公路，各级主管部门对工程质量要求高，机制砂在福建高速公路的规范与推广十分缓慢。南平邵光高速公路在开工前期未考虑使用机制砂，但由于天然砂供应量无法满足正常使用，而且单价高达130元每方。在综合考虑后，各参建单位才开始提出使用机制砂，并为规范使用机制砂作了一系列试验进行调研后，才开始正式使用。
2机制砂与天然砂原材的特异点
机制砂与天然砂均是建材中的细集料，是粒径均小于4.75mm的岩石颗粒，且不包括软质岩、风化岩石的颗粒。机制砂与天然砂的特异之处主要有以下几方面：
⑴机制砂是人为加工而成的，生产可控制，岩性单一；而天然砂是自然生成的，岩性复杂，有害物质多。
⑵机制砂的颗粒尖锐、棱角鲜明，级配较差，吸水率大；而天然砂大多呈椭圆和圆形，表面光滑，粒径分布均匀。
⑶机制砂在破碎过程中，会产生较多的矿物粉尘（石粉）和少量因开采时夹杂的少量的土质；而天然砂的含泥量并非矿物粉尘而是泥土物质，这是机制砂和天然砂的显著的区别之一。
⑷机制砂可利用隧道洞渣，就地取材，就地生产，减少运距，降低生产成本。而天然砂随着福建基础建设的迅速发展，资源渐趋枯竭，造成供不应求，导致天然砂价格越来越高。南平邵光高速公路所使用的机制砂均来源于隧道洞渣。
3 机制砂原材料质量控制
3.1生产前控制：要获得优质的机制砂必须选用良好的制砂设备和生产工艺，母岩质量是首要因素，应选择母岩强度高、无潜在碱活性危害的岩石，同时在开采时应防止泥土、风化岩、树根等杂物混入。在南平邵光高速公路Ａ3合同段机制砂以干法工艺生产，其生产设备主要有振动给料机，颚式破碎机，反击破碎的方式，立式冲击破碎机以及收尘设备，所采用的岩石进行了抗压强度试验和碱活性检验。
3.2 生产过程控制：南平邵光高速公路Ａ3合同段生产机制砂的生产过程中，对质量进行了以下几个方面的控制：（1）根据资源情况，通过调整振动给料机筛条间距及条形筛长度，堆料场地硬化，防止泥土混入，从而达到控制含泥量指标的目的；（2）筛网选用正方形筛孔，最小级筛孔尺寸控制在3.5㎜时，筛面倾角为18左右°，生产的机制砂的粒形、级配较好，细度模数一般在3.4以内；（3）项目生产线设立在隧道旁，无水资源，机制砂采用干法除尘，控制吸尘器的送风量和风压，并在皮带尾部喷洒适量的水，使石粉含量相对稳定。
3.3机制砂与天然砂检测指标对比1
福建高速公路建设中机制砂、与天然砂的检测方法均采用《公路工程集料试验规程》（JTG E42-2005）；判断标准采用的是交通部标准《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）、《公路工程水泥混凝土用机制砂》（JT/T 819-2011），《建设用砂》（GB/T14684-2011），以及《公路隧道施工技术细则》（JTG/T F60-2009）。
南平邵光高速公路Ａ3合同段机制砂要求检验的技术指标主要符合表1规定。其中，石粉含量、吸水率指标按照《建设用砂》（GB/T14684-2011）标准要求控制，按300t/批的频率进行检验，其他指标按《公路工程 水泥混凝土用机制砂》（JT/T 819-2011）II类机制砂标准控制，按400m3（600t）/批频率进行检验。
根据试验结果，南平邵光高速公路Ａ3合同段所生产的机制砂和使用的天然砂的指标均满足相应标准要求，但个别指标差异较大，主要有：①机制砂的石粉含量及天然砂的含泥量试验，检测结果相差大；②机制砂的细度模数比天然砂的高，属于中粗砂。因此，在机制砂混凝土的施工中应加以重视。
3.5 案例说明
在邵光高速Ａ3合同段我们对机制砂与天然砂分别配置C25和C30二衬混凝土配合比用下列材料进行室内试拌：
⑴水泥：海螺水泥有限公司生产的P.O.42.5水泥；
⑵机制砂：邵武龙斗隧道口破碎厂；
⑶碎石：邵武龙斗隧道口破碎厂；
⑷外加剂：山西擎天伟业科技有限公司QW-聚羧酸高性能减水剂；
⑸矿渣：邵武龙斗隧道洞渣。
⑹粉煤灰：邵武华英F类II级粉煤灰；
⑺天然砂：邵武富屯溪河砂。
试拌的机制砂与天然砂C25和C30二衬混凝土性能指标见表8
通过机制砂与天然砂相比，使用机制砂混凝土，坍落度小些，但其抗压强度比天然砂略高些；抗渗性能、电通量指标二者均能满足要求，但相同等级的机制砂混凝土比天然砂可节约成本，提高经济效益。
4机制砂混凝土的质量控制
4.1影响机制砂混凝土的质量的因素
机制砂的级配、石粉含量、细度模数，混凝土配合比的水胶比、用水量、胶凝材料用量、砂率、外掺料、减水剂等对机制砂混凝土拌合物性能、强度、耐久性均有较大影响，本文笔者着重分析“石粉含量”、“细度模数”这两个因素对机制砂混凝土性能的影响.
4.2不同石粉含量对机制砂混凝性能的影响
机制砂中石粉不具有活性，但它可在混凝土中起到填充作用，改善机制砂混凝土的工作性，能使机制砂混凝土更加密实。但石粉含量过多时会导致拌合物泌水、粘聚性差。因此控制适当含量的石粉也是十分重要。
在南平邵光高速公路Ａ3合同段进行了如下试验：机制砂混凝土配合比中各原材料的掺配比例等条件保持不变，只改变机制砂级配中的石粉含量，使用了石粉含量分别为2%、4%、6%、8%、10%、12%、14%、16%的机制砂进行配制强度等级为C30隧道二衬机制砂混凝土，试验结果如下表3。
根据试验结果，相同的配合比情况下，石粉含量对机制砂混凝土工作性影响较大，当石粉含量小于10%时候，坍落度随石粉含量的增大而增大，但当石粉含量大于10%时候，坍落度随石粉含量的增大而明显降低，经试验并结合相关规范南平邵光高速公路Ａ3合同段提出要求控制机制砂石粉含量在6%-10%之间。
图1 坍落度随石粉含量的变化关系
4.3 不同细度模数对机制砂混凝土工作性能的影响
南平邵光高速公路Ａ3合同段进行了如下试验：机制砂混凝土配合比中各原材料的掺配比例等条件保持不变，只改变机制砂的细度模数，使用了细度模数分别为2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8的机制砂进行配制强度等级为C30隧道二衬机制砂混凝土，试验的结果如下表2。
根据试验结果，相同的配合比情况下，细度模数对机制砂混凝土工作性影响较大，用细度模数较小的砂，粘聚性和保水性能较好，当细度模数大于3.4时，机制砂混凝土的工作性能明显下降，为确保机制砂混凝土强度，建议南平邵光高速公路Ａ3合同段机制砂的细度模数控制范围为2.8~3.4。
图2 坍落度随细度模数的变化关系
5机制砂混凝土施工过程的质量控制
5.1 吸水率：机制砂与天然砂相比吸水率高。因为机制砂本身具有较多的孔隙和裂隙，导致其比表面积增大，吸附水量增多，吸水率高。实践证明：在未考虑吸水率时，拌合出的混凝土水量大，水灰比大，使拌合的泌水、粘聚性差。因此在基准配合比的基础上，需要注意机制砂的含水率，控制搅拌站的加水量。
5.2 拌合时间：在进行机制砂混凝土拌合的过程中，因为石粉的存在，所以必须延长机制砂混凝土的拌合时间，确保混凝土拌合物的均匀性。在南平邵光高速公路Ａ3合同段，通过加强试验室配合比与现场搅拌站的试拌，确定拌合时间，经验证通常要比天然砂混凝土拌合时间延长30s。
5.3 振捣时间：机制砂较天然砂混凝土易泌水，过度的振动会导致混凝土出现泛浆现象，影响混凝土强度。因此，在施工中要控制混凝土振捣时间，避免出现离析、泌水现象。一般振捣成型时间比天然砂减少15-30S为宜。
5.4 养护过程：机制砂石粉的存在，一定程度上使得机制砂混凝土的浆体量变大。与天然砂混凝土相比，机制砂混凝土早期易产生塑性收缩和后期的燥收缩变形。因此，为了避免上述现象的产生，必须要加强对机制砂混凝土的早期以及后期养护作业，并且将其养护时间进行适当的延长，通常应该控制在14天以上。
6 结束语
对于福建高速公路建设来说，规范并推广机制砂已经十分必要。南平邵光高速公路Ａ3合同段通过对机制砂料源、生产、检测指标的有效控制，机制砂混凝土的施工过程中的质量控制，所拌制的机制砂混凝土性能指标均达到国家及行业相关标准要求。经检测所施工的砼构件各项指标均符合规范要求，且该项目部有效的控制成本，提高经济效益。相信随着行业管理的规范化、技术的全面化，机制砂混凝土在工程建设中的应用具有广阔的前景。
参考文献
[1]《建设用砂》（GB/T14684-2011）[S].
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[5]赵长军、董斌、于敬海，《石粉对机制砂混凝土性能影响试验研究》 [J]. 《低温建筑技术》2009（4）
论文作者:叶娘
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第13期
论文发表时间:2017/10/11
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