基于观音阁水库输水工程人工砂亚甲蓝质量控制措施研究

徐世亮

(本溪泓源供水有限责任公司，辽宁 本溪 117000)

辽宁省观音阁水库输水工程，是观音阁水库与大伙房水库输水工程的配套工程，工程的主要任务是保障本溪市生活饮用水安全，解决本钢、北台钢厂等大型企业存在的水量与水质安全问题，并为本溪市和本溪新城经济社会发展提供安全可靠的水源。在该工程建设中需要大量的碎石及砂，然而目前的天然砂不能满足当前工程需要[1]。本根据对本溪市内人工砂现状，通过人工砂市场调研，对主要料场的产品进行理化试验和配合比试配，提出初步解决方案。

1 工程概况

辽宁省观音阁水库输水工程位于太子河干流上，是将已建的观音阁水库水经过输水隧洞及管线自流输入到本溪市的大（2）型Ⅱ等工程。工程位于在本溪市管辖区，主要有：一座取水头部、头部压力隧洞、输水管线、一座电站、无压隧洞、四座配水站及分支管线等几部分组成[2]。管道大部分沿河敷设，采用双管同槽的方式，个别地段采用单根外包混凝土钢管，工程输水线路主干线长度41.5 km，分支管线长度49.8 km。

考虑工程运行年限及周边居民安全，建设单位质量管理部门高标准、严要求，严格按照水利水电建设相关规范管理工程的质量。然而，经过调查，发现本溪市内的天然河沙细度模数偏大，含泥量偏高，几乎处于临界值，且价格偏贵，不能满足当前工程的需要[3]。

2 人工砂亚甲蓝现状

机制砂，又称人工砂。机制砂、混合砂主要应用于建筑、市政、交通、等建设工程中的C60 及以下强度等级的混凝土。在满足相应的技术要求时，亦可用于港口和水利等混凝土工程。机制砂：由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75 mm 的岩石颗粒，细度模数2.4～2.8，表面含水率＜6%，但不包括软质岩，风化岩的颗粒。

由设计单位现场代表、建设单位技术负责人、监理单位副总监和施工单位技术代表，利用一周的时间对本溪市地区主要碎石场进行专门的实地考察，通过料场实际踏勘，对母材、生产工艺、产成品等进行详细的调研，对关键环节的母材、中间产品和产成品全部取样送检，对主要碎石场生产的人工砂进行抽样检测[4]。

2.1 母材供应

本溪市为山区城市，市内石灰石矿、铁矿分部广泛，规模以上生产厂家众多，一般施工工地距最近产地距离均小于20 km，近者可达1 km～5 km。

各家碎石场母料来源大致分为两种：（1）石灰石矿专业生产碎石，母材供应充足；（2）位于铁矿开采区内，矿山排岩排渣料源供应充足。母材理化指标均符合相关标准。

2.3 产能

碎石场生产设备为颚式破碎机时，每条生产线产能为：碎石20000 m3/月，副产品为石粉，出粉率低，约为500 m3/月，由于受设备及生产工艺限制，该型生产线不具备批量生产能力。

颚式破碎机一台搭配小型制砂机一台的产能为：碎石10000 m3/月，副产品为石粉（可作为人工砂使用），出粉率低，约为1000 m3/月，由于受设备及生产工艺限制，该型生产线不具备批量生产能力。

2.4 价格信息

目前市场上运费约为 0.6 元 /(m·3km)～0.8 元 /(m3·km)。人工砂成品约 18 元 /m3。天然河砂成品约80 元/m3～150 元/m3。

目前市场上运费根据车型不同，约为0.6 元/(m3·km)～0.8元 /(m3·km)。人工砂成品约 18 元 /m3～40 元 /m3。天然河砂成品约65 元/m3～120 元/m3。具体市场调研信息见表1。

表1 天然河砂与机制砂市场信息表

2.5 质量现状

目前市场上各企业所使用的原材料均未采用纯净岩石作为母材，均为矿山排渣和排岩，夹带大量山皮泥土，生产的成品人工砂均为破碎碎石产生的废弃副产品—石粉，不是正规的机制砂，石粉中含山皮土比例较高、膨胀性黏土比例较大，膨胀性黏土会严重影响胶凝材料与粗细骨料的握裹力，导致混凝土强度降低、耐久性差、和易性差，且会从混凝土内部造成膨胀涨裂破坏[5]。

石粉和泥均为0.075 mm 以下粒径，水工实验无法进行区分，根据根据《水工混凝土试验规程SL352-2006》规定，人工砂石粉含量在6%～18%为合格，但并未规定石粉中含泥量指标，所以人工砂检测合格而混凝土检测不合格的现象时有发生。然而在国标和电力系统水工混凝土等规范中明确规定了石粉中不能含有膨胀性黏土即泥的成分，例如《建设用砂》GBT_14684-2011、《水工混凝土砂石骨料试验规程》DL/T 5151-2014，早在2002 年便规定使用亚甲蓝实验MB 值检测石粉中含泥量指标为硬性指标。依据《建设用砂》GBT_14684-2011对主要料场的人工砂进行检测。结果表明：本溪市内主要料场人工砂MB 值均值为5.1。根据已有资料和相关实验，MB 值越大，石粉中含泥量越大。见表2、表3。

表2 石粉含量和泥块含量（MB 值≤1.4 或快速法试验合格）

表3 石粉含量和泥块含量（MB 值＞1.4 或快速法试验不合格）

机制砂MB 值≤1.4 或快速法试验合格时，石粉含量和泥块含量应符合表1 的规定；机制砂MB 值＞1.4 或快速法试验不合格时，石粉含量和泥块含量应符合表2 的规定。

配制水工混凝土配合比实验时发现，盲目的用水洗去石粉中细颗粒物质，会导致人工细骨料级配不良，细颗粒减少，比表面积降低，导致混凝土泌水率高、保水性差、和易性极差，满足不了施工要求，使用水洗人工砂不能配置出合理的配合比。水洗机制砂也会产生大量的污水，污水处理起来异常繁琐；直接排放也不满足环保部门的相关规定。

3 改进措施

根据调研情况，对该问题进行深入探讨，确定将初次破碎产生的石粉中含山皮土量、微膨胀性黏土量较大，完全废弃。改进生产工艺，引进了一台12-520t/h 型专用制砂设备，将初次破碎产生的洁净碎石进行二次破碎，二次破碎产生的机制砂方为洁净的不含泥的优质机制砂，经亚甲蓝实验检测MB 值和石粉含量能够满足人工细骨料质量标准的。检测结果如表4。

表4 亚甲蓝实验检测结果

通过上述论述排除了水洗的方案，并对人工砂生产工艺提出改进。

初次破碎产生的石粉中含山皮土量、微膨胀性黏土量较大，应完全废弃。因此需要碎石场改进生产工艺，引进国内外先进的专用优质制砂设备和成熟技术，将初次破碎产生的洁净碎石进行二次破碎，二次破碎产生的机制砂方为洁净的不含泥的优质机制砂，经亚甲蓝实验检测MB 值和石粉含量能够满足人工细骨料质量标准的，方可进行试配，根据实验结果决定是否能够用于本市水利工程混凝土施工。

4 结语

石粉中含泥量较大，不能满足细骨料质量标准，不能用于水利水电工程混凝土施工。水利工程应以采用天然砂为宜。同时，随着天然砂资源的枯竭，机制砂不管是从经济合理性还是储量方面，替代天然砂都势在必行。