机制砂在湘西山区公路工程中的应用

李　晟， 董　城， 郑祖恩， 李志勇

(1.湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首　416000； 2.湖南省交通科学研究院， 湖南 长沙　410015)



机制砂在湘西山区公路工程中的应用

李晟1， 董城2， 郑祖恩2， 李志勇2

(1.湖南省永吉高速公路建设开发有限公司， 湖南 吉首416000； 2.湖南省交通科学研究院， 湖南 长沙410015)

[摘要]在湖南省湘西山区修建高速公路，桥隧比例较大，混凝土工程量巨大，需要大量的建筑用砂。充分利用该地区石灰岩生产机制砂用于工程建设，对节约资源、保护环境具有重要意义。通过对机制砂的生产和应用开展系统研究，建立了机制砂在公路工程中使用的质量技术要求，提出了相应的生产管理措施，形成了机制砂混凝土的使用质量控制技术，并进行了实体工程应用，研究表明质量优良的机制砂能满足公路工程建设用混凝土对砂石材料的质量技术要求。研究成果可为机制砂在公路工程中的全面推广应用提供借鉴和指导。

[关键词]机制砂； 混凝土； 技术要求； 生产条件； 质量控制

1概述

湖南省湘西地区属于典型山区，地势起伏较大，沟壑纵横，在湘西山区修建高速公路，工程中桥涵众多，桥隧比例较大，混凝土工程量巨大，需要大量的建筑用砂。而该地区建筑需要的天然砂产量较少，大部分是从外地远距离运输，且运输难度较大；加之各地天然砂质量参差不齐，对工程结构物质量及耐久性都有较大影响。而湘西山区赋存大量的石灰岩资源，且公路边坡和隧道工程开挖都会产生大量废弃石方，占用山地农田，破坏生态环境。

因此，本着“节约资源和环境友好”的交通建设宗旨，坚持就地取材、循环利用的原则，在湘西山区公路工程项目实施中充分利用当地的石灰岩资源，用来生产机制砂替代天然河砂应用于工程建设，不仅能有效缓解当地工程建设所需天然砂稀缺的问题，还对于提升我国机制砂混凝土使用水平，支撑我国交通建设绿色生态、可持续发展具有十分重要的意义。

2机制砂的生产与质量控制

2.1机制砂质量技术要求

《建筑用砂》国家标准[1]，对机制砂中的石粉含量限制提出了严格的要求，规定最大限值不超过7%。本文结合已有研究成果[2-4]和湘西工程建设实际情况，对机制砂颗粒级配要求和石粉含量限制作了适当调整。根据目前生产机制砂的颗粒级配统计规律特点，适当放宽了机制砂的级配要求；将MB<1.40的机制砂石粉含量限值标准提高到了10%[5]。

2.1.1分级与技术规格

机制砂按相关质量技术要求分为三级[6]。Ⅰ级主要用于配制强度等级大于等于C60的混凝土；Ⅱ级主要用于配制强度等级C35～C55或有抗冻、抗渗等其它要求的混凝土；Ⅲ级主要用于配制强度等级小于等于C30的混凝土。

机制砂的粗细程度按细度模数分为粗砂(3.7～3.1)、中砂(3.0～2.3)和细砂(2.2～1.6)共3种类型。

2.1.2颗粒级配

按600 μm筛孔的累计筛余量(以质量百分率表示)，将机制砂分成3个颗粒级配区域(见表1)。机制砂的实际颗粒级配应处于任意一个区域之中。配制混凝土时应优先选择Ⅱ区的机制砂，应选择中砂配制泵送混凝土。

表1 机制砂的颗粒级配分区Table1 Particlesizedistributionofmanufacturedsand方孔筛在下列级配分区下的累计筛余/%Ⅰ区Ⅱ区Ⅲ区4.75mm10～010～010～02.36mm40～530～015～01.18mm65～3550～1025～0600μm85～7170～4140～16300μm95～7592～6585～55150μm100～85100～80100～75

2.2机制砂生产管理措施

2.2.1机制砂生产要求

生产设备、生产工艺、母岩质量、质量控制措施等因素都对机制砂生产质量具有重要影响。因此，机制砂生产应符合以下条件。

① 机制砂的生产条件要求[7]。

将机制砂生产厂分为两级，一级厂主要生产Ⅰ级、Ⅱ级砂，二级厂主要生产Ⅲ级砂；并提出了相应的生产条件要求，见表2所示。

表2 机制砂建厂的生产条件Table2 Productionconditionsofthemanufacturedsandfactory序号项目名称技术指标要求一级厂二级厂1锷式破碎机PE-600×900以上必要必要2振动给料机必要必要3反击式破碎机80t/h以上必要必要4振动筛3层以上必要必要5制砂机60t/h以上必要必要6洗砂机处理量大于产量必要可选7除尘设备180型以上必要必要8母岩饱水抗压强度≥80MPa≥60MPa9生产场地生产、料场及质检场地硬化≥1.3hm2≥1.0hm210生产工艺湿法干法或湿法11生产能力≥15万t/a≥10万t/a

② 机制砂生产厂的质保体系。

机制砂生产厂家应加强内部管理和质量控制，配备相应的机械设备维护人和试验检测人员。机械设备维护人定期进行检测维护，及时更换磨损的筛网等，确保设备的正常运转，保证机制砂出厂质量的稳定性。建设面积不小于15 m2的产品质量技术检测场所，试验检测人员依据相关试验规程[8]，通过加强试验检测来控制机制砂出厂质量。机制砂产品的质量技术检测内容如表3所示。

表3 机制砂产品的质量技术检测内容Table3 Qualitytechnologytestingcontentofmanufacturedsandproduct序号检测内容检测频率检测设备1筛分2石粉含量3亚甲蓝MB4压碎值1次/200m3烘箱一台标准筛一套(方孔)0.075mm标准筛(3个)石粉含量测定仪一套5母岩抗压强度6碱活性1～2次/a压力机(可选)电子秤1-2台,精度0.1g。 注:压碎值、母岩抗压强度、碱活性等检测内容可以外委

2.2.2机制砂生产质量管理

为了确保产品质量，应建立机制砂生产和使用质量管理体系，包括机制砂生产厂家自检、施工单位复检、监理单位抽检和业主单位监督，以确保机制砂的质量合格。

① 生产厂家对生产的机制砂进行抽样自检，并建立台帐，形成质量检测报告，未检或检验不合格的产品不得出厂。

② 施工单位采用机制砂时，应对厂家生产的机制砂进行复检，检验合格后方可采购。施工单位还应对每批产品进行抽样检测，禁止使用不合格的机制砂。

③ 监理单位应监督施工单位的检测工作，还要进行抽检。对无出厂质量检测报告，以及施工单位自检或监理单位抽检不合格的机制砂及时清理出场。

④ 业主单位对生产厂家和施工单位进行质量督查，对厂家生产的机制砂和施工单位使用的机制砂随机进行抽检，若抽检不合格及时对有关单位进行处理。

2.3机制砂厂家的检测与评定

通过实地调研机制砂厂家的建厂条件，对采石场的母岩和生产的机制砂进行抽检，综合评定和审核合格后，才可选定作为工程建设中的机制砂供应厂家。如湘西某公路工程建设过程中选取了四家机制砂生产厂家。根据试验检测和评估，四家机制砂厂家的生产能力和生产机制砂的产品质量均能满足实体工程需求，机制砂产品的质量技术检测评定结果见图1和表4所示。

由图1、表4可知：这4家机制砂生产厂的产品质量控制到位，各项指标都满足相应的质量要求，机制砂级配情况良好，基本属于Ⅱ区级配，满足实际工程需求。

图1　四家砂厂生产机制砂的级配曲线Figure 1　Grading curve of manufactured sand produced in four sand factories

表4 四家砂厂生产机制砂的检测结果Table4 Testresultsofmanufacturedsandproducedinfoursandfactories制砂企业石粉含量/%泥块含量/%表观密度(g·cm-3)堆积密度/(g·cm-3)紧装堆积密度/(g·cm-3)空隙率/%MB值压碎值/%厂家17～1002.691.591.7740.9合格12厂家2≤502.681.531.7143.1合格16厂家3≤502.761.581.7542.7合格18厂家4≤502.701.531.6942.9合格17

3机制砂混凝土的工程应用

本文以湖南湘西某高速公路建设为依托，开展了机制砂混凝土的工程应用。该高速公路采用双向四车道标准建设，设计速度80 km/h，路基宽度24.5 m。全线包括特大桥、大桥50余座，隧道10余座，桥隧比例高达46%，工程结构物多，建设难度大。

3.1机制砂混凝土的质量控制技术

经过大量试验并结合工程实际情况，确立了机制砂在该工程建设中的应用思路：充分利用一定数量的石粉能提高混凝土保水性和粘聚性的特点，在配制中、低标号混凝土时，放宽机制砂中石粉含量到10%，克服混凝土工作性不良的情况；在配制高标号混凝土时，限制石粉含量不高于7%，通过调节水灰比、砂率、掺和料等参数，配制出具有良好力学性能、工作性能和耐久性能的混凝土。

① 机制砂混凝土配合比设计按照普通混凝土设计方法[9]进行配制，机制砂的表观密度较大，配制混凝土用水量比天然砂稍大，可适当掺入外加剂提高工作性能；按“五点”法选择砂率，在保证混凝土强度和工作性能的情况下，选取较小的砂率。

② 配制中低标号机制砂混凝土时，遵循适当提高机制砂中的石粉含量至10%，充分利用一定数量石粉能提高混凝土工作性能的特点，通过优选水灰比、砂率等技术参数，确定C25和C30等泵送混凝土的典型配合比。

③ 通过试验配制C50机制砂混凝土时，选择水灰比在0.35左右，砂率控制在40%左右，可掺入10%～15%的粉煤灰以提高混凝土工作性能。

④ 在机制砂混凝土工程应用过程中必须严格控施工工艺，选择机械搅拌，较普通混凝土延长搅拌时间0.5～1 min；缩短振捣时间，避免离析和泌水；并适当延长养护时间，加强早期和后期养护。

3.2机制砂混凝土的应用情况

在该公路工程建设过程中全面推广使用机制砂混凝土，包括喷射混凝土，桥梁T梁、桩基，隧道二衬等各种类型的混凝土，形成了C25隧道二衬、C30桥梁桩基、C50桥梁T梁[10]等多组机制砂混凝土配合比(具体技术参数见表5)，有效指导了机制混凝土在公路工程建设中的推广应用。

表5 三组机制砂混凝土配合比Table5 Threegroupsofmixratioinmanufacturedsandconcrete混凝土类型石粉含量/%配合比/(kg·m-3)水泥粉煤灰水机制砂碎石减水剂坍落度/mm抗压强度/MPa7d28dC25隧道二衬9.8298—17092210452.5317024.735.7C30桥梁桩基9.8360—17085510453.0617031.743.6C50桥梁T梁4.74206016875911384.816058.168.7

该高速公路工程建设中共使用了一级机制砂3千m3，二、三级机制砂35万m3，机制砂混凝土质量满足相关要求。通过机制砂的成功推广应用，成功解决了工程所需河砂供应紧张和运输困难等问题，充分利用了当地石材资源，保证了工程质量和进度。

4结论

本文对机制砂的生产和质量管理，以及机制砂混凝土质量控制技术进行了研究，并进行了实体工程应用。

① 建立了机制砂在公路工程中应用的质量技术要求，适当放宽了机制砂颗粒级配要求，提高了机制砂石粉含量的限值标准。

② 提出了机制砂生产厂家的生产条件和具体质量控制措施，建立了机制砂生产质量技术管理体系，以保证砂质优良。

③ 形成了机制砂混凝土的质量控制技术，在配制中、低标号混凝土时，适当提高机制砂中的石粉含量至10%，在配制高标号混凝土时，限制石粉含量不高于7%，通过调节水灰比、砂率、掺和料和施工工艺等参数，配制出满足工程需求的混凝土。

④ 通过湘西公路工程的实体工程应用表明，质量优良的机制砂能满足公路工程建设用混凝土的质量技术需求，可在公路工程建设中大规模推广应用。

[参考文献]

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[9]JTG E42-2005，公路工程集料试验规程[S].

[10]姚志立，郑国荣，习安.C50T型梁机制砂混凝土的配合比设计[J].公路工程，2009，34(5)：82-84.

Application of Manufactured Sand in Highway Engineering in Xiangxi Mountainous Area

LI Sheng1， DONG Cheng2， ZHENG Zu en2， LI Zhiyong2

(1.Hunan YongJi Expressway Construction Development Company Ltd， Jishou 416000， China；2.Hunan Communications Research Institute， Changsha 410015， China)

[Abstract]Because of high proportion of bridge and tunnel as well as huge quantity of concrete demanded in the construction of expressway at mountainous of Xiangxi，Hunan，extensive amount of sand is needed.Making full use of the local limestone to product manufactured sand in engineering has great significances in saving resources and protecting environment.Based on systematic research on the mechanism of manufactured sand production and application，this paper establishes the quality and technology requirements of used in highway engineering.Corresponding production management measures are proposed.The manufactured sand concrete quality controlling technology is formed and applied in practical engineering.The research shows that manufactured sand of high quality in concrete can satisfy the technical requirements about the quality of the sand and gravel material in highway engineering construction.The achievements of this research can provide reference and guidance for generalization and application in the highway engineering.

[Key words]manufactured sand； concrete； technical requirements； production condition； quality controlling

[收稿日期]2016-03-18

[基金项目]湖南省交通科技项目(B201104)

[作者简介]李晟(1980-)，湖南长沙人，工程师，主要从事高速公路建设管理工作。

[中图分类号]U 416.214

[文献标识码]A

[文章编号]1674-0610(2016)03-0132-03