铁路工程项目机制砂混凝土配制及质量控制

祁可满

（北京铁城建设监理有限责任公司，北京 100855）

0 引言

在我国基础设施建设投资力度不断加大的背景下，混凝土河砂的用量与日俱增，但河砂开采对生态环境会造成较大破坏，如今我国部分地区石多砂少，河砂资源匮乏，如云南、贵州等岩溶地区，目前部分地区的河流区域已经限制开采河砂。因此，将机制砂作为混凝土配制的主要原材料势在必行。机制砂最初应用在水利工程项目施工中，由于制砂工艺比较先进，机制砂的质量、稳定性较好。目前，机制砂在混凝土工程项目中得到了广泛应用，如在铁路工程、公路工程等领域，机制砂现已应用于一般混凝土工程施工。但在一些重点工程，尤其是重大桥梁工程项目施工中，对于是否使用机制砂还存在一定的争议。基于此，开展铁路工程项目机制砂混凝土配制及质量控制研究尤为必要。

1 工程概况

该监理标段范围：玉溪西—桥头村2#隧道进口，正线长度99.109km，玉溪南—研和站货车联络线4.354km，管段范围为站前一至四标，站后一标、二标、铺架标以及站房标等监理工作。主要工程为：隧道共计16 座，其中5km 以上重难点隧道7 座，包括和乐隧道、万和隧道、新平（原扬武）隧道、立新隧道、月牙田隧道、甘庄隧道、峨嘎山隧道；桥梁共计16 座，其中重难点桥梁4 座（定古双线大桥、法土山双线大桥、大开门河双线大桥、立新寨四线特大桥）；涵洞54 座；车站5 座（玉溪南站改建、研和站、峨山站、化念站、元江站）；玉溪至元江范围铺架及四电工程等。

以所监理的站前二标为例，起点里程DK13+200，终点里程DK45+359.35，正线全长32.159km。主要结构物：隧道6 座，均为双线隧道，共计27239 延长米，占线路总长84.7%。和乐隧道全长7922m，站前二标承担任务3456m；玉林隧道全长331m；峨山隧道全长2731m；万和隧道17441m；化念隧道全长759m；罗里隧道全长2521m。桥梁4 座，共计910.74m，占线路总长2.8%，包括金鸭下村双线大桥（240.54m），玉林村双线大桥（440.92m），罗里双线大桥（159m），新村双线中桥（70.28m），共有混凝土120 万m3。自工程开工以来，在业主组织的三方检测、昆明质监站组织的三方检测和质监总站组织的三方检测中，混凝土实体质量均符合设计要求，得到了各级领导的一致好评。

2 机制砂混凝土配制的要点

2.1 配合比

在机制砂混凝土配制中，配合比是非常重要的一个因素，选择配合比时要严格遵循经济、合理的原则。混凝土配合比是指水泥、水、砂、石子四种材料用量之间的比例关系。确定配合比时，需要综合考虑水灰比、砂率、用水量三个参数，这些参数是机制砂混凝土配制的关键，对混凝土质量会造成较大的影响。因此，确定机制砂混凝土配合比之前，需要结合现场实际情况，通过多次配合比试验来确定最佳的配合比，以保证机制砂混凝土的工作性能、强度、耐久性等全部满足设计要求。严禁根据类似工程或相关经验设计配合比，更不能在混凝土试配时采用质量好的材料，而在实际配制中选择和试配时不一致的材料。

2.2 严格控制胶材用量

进行机制砂混凝土配制时，胶材的用量不宜过大，因为胶材用量越大，混凝土水化中形成的热量就越大，混凝土内外温度梯度也会越大，会在混凝土内部形成温度应力，若拆模时间过早，极易发生温度裂缝。此外，凝胶材料用量过大，混凝土收缩量也会增加，容易造成混凝土开裂，影响施工质量和美观性。

2.3 混凝土坍落度不宜过大

对机制砂混凝土而言，坍落度越大，表明混凝土的黏聚性、保水性越差，进行混凝土浇筑时，容易发生离析问题，形成蜂窝、烂根等质量病害。因此，在机制砂混凝土配制满足铁路工程项目施工工艺和质量的前提下，还要合理控制的坍落度。

2.4 严控掺和料添加量

在机制砂混凝土配制过程中，还要严格控制矿物掺和料的添加量，案例工程为铁路桥梁项目，为保证混凝土结构的稳定性，外掺粉煤灰的量应在20%～30%之间，在降低水泥用量的基础上，提升混凝土拌和物的和易性[1]。若掺和料的添加量过大，反而会影响混凝土的早期强度。

2.5 严控机制砂混凝土砂率

对机制砂混凝土而言，若砂率低于合理范围，砂浆在骨料之间就起不到润滑和滚珠的作用，从而降低混凝土的黏聚性和保水性，混凝土浇筑后就容易发生泌水、离析、流浆等现象。若砂率超过合理范围，随着砂率的提升，粗细骨料的总比表面积也会随之增大，在水泥用量保持不变的情况下，骨料表面包裹的浆量会变薄，润滑作用也会随之降低，混凝土的流动性也会降低。此外，大砂率除便于施工之外，对混凝土后期强度的增加、质量的提升并没有任何好处。砂率的变动，会在一定程度上改变骨料的总表面积，对混凝土拌和物的和易性会造成较大影响。在机制砂混凝土配制中，确定砂率的主要原则是在保证混凝土拌和物具有良好的黏聚性和流动性的前提下，水泥砂浆最少的砂率为最佳砂率。

3 铁路工程项目机制砂混凝土质量控制措施

3.1 原材料质量控制

原材料的质量直接关系到机制砂混凝土施工项目的质量，因此在实际施工中必须严格把控原材料的质量。

水泥：水泥的强度和体积安定性对混凝土质量有直接影响。在具体施工中，必须严格按照铁路工程项目的实际要求，选择合适的水泥品种和强度等级。由于站前二标位于云南省玉溪市峨山县内，水泥供应厂家比较少，水泥质量的稳定性不足，且运输距离远，为保证项目顺利施工，在水泥厂租借了3 个1000t 的水泥储料罐来存储该工程施工所用的水泥，每次水泥入灌前，要安排试验人员进行取样检测，以便从源头控制水泥质量。此外，还要加强水泥的车检和批检频率，对拌和站水泥取样进行标准稠度用水量、安定性、凝结时间等参数进行检查，以保证所用的水泥质量达到铁路工程项目机制砂混凝土施工要求。

粉煤灰：粉煤灰质量控制的要点为细度、烧失量、需水量比。云南地区粉煤灰比较少，且质量参差不齐，因此在实际施工中必须严把好粉煤灰质量关。利用高倍显微镜对每车粉煤灰进行车检。检测内容包括烧失量、细度，通过高倍显微镜对每车粉煤灰进行玻璃微珠含量进行检验，以提升粉煤灰质量检测效率。该工程中高倍显微镜下分布在粉煤灰中的玻璃微珠如图1 所示。

图1 高倍显微镜下分布在粉煤灰中的玻璃微珠

粗集料：粗集料要选择级配好的5～31.5mm 三级配碎石，由于站前二标位于云南省玉溪市内，该地区降雨量较大，碎石质量稳定性不足，尤其是在雨季，需要加大对碎石含泥量的检测，每车都要检测，以实现对粗集料质量的有效控制。

该工程采用机制砂来配制混凝土，其间控制机制砂石粉的含量是重中之重。若细集料中石粉的含量过大，会导致细集料的总比表面积增大，提升机制砂混凝土配制时的单位用水量，在胶凝材料用量保持一致的情况下，会导致混凝土强度降低。因此在机制砂生产中，需要增配冲洗设备，以有效控制机制砂中的石粉含量[2]。

外加剂和拌和水：为保证铁路工程项目施工质量，该工程在机制砂混凝土配制中采用了新型无碱型液态速凝剂作为外加剂，以提升混凝土的初期强度，降低混凝土中的碱含量，提升混凝土结构的总体强度。

拌和水：凡是可以直接饮用的水都可以作为机制砂混凝土的拌和水和养护水。

3.2 混凝土拌和和运输质量控制

为满足铁路工程项目施工进度和工程量的要求，应选择适宜的混凝土拌和设备和运输设备。该工程采用强制式搅拌机进行混凝土拌和，配料系统采用自动计量装置，用高精度电子计量设备对原材料的添加量进行计量。同时，拌和时严格按照试验确定的配合比进行。为保证混凝土拌和质量，工程施工中于混凝土拌和站配备了上海同旺信息化系统，当原材料质量称量误差超过1%、5%、10%时，系统会自动发出初级、中级、高级报警。一旦发生报警，现场拌和人员需要立即对此盘混凝土拌和物的含气量、坍落度都进行检测，若满足要求则继续使用，若不满足要求，可适当降低混凝土标号使用，或废弃处理，以保证每车混凝土都是合格品[3]。配制好的混凝土通过运输罐车运输到施工现场进行浇筑。在机制砂混凝土浇筑中，要保证罐体始终处于转动状态，以免发生混凝土离析问题，且运输距离必须受控，避免在运输中发生二次加水情况。

3.3 混凝土浇筑和振捣质量控制

浇筑混凝土之前，应对模板及其支架、钢筋、预埋件进行检验，并做好相应的记录。同时，应将仓面清扫干净，浇筑面经验仓合格方可进行混凝土浇筑。浇筑时，应从低层到高层进行分层浇筑，各层的厚度要视振捣方法和结构的配筋情况而定。混凝土施工期间，下料高度大于2m 时，应采用串筒浇筑，一次浇筑高度不得大于50mm[4]。浇筑期间，应设立位移、变形观测点，派专人对二衬台车支架、桥梁模板进行监测，并对模板进行检查和加固。该工程用分流槽对混凝土衬砌进行分层分窗浇筑，如图2 所示。

图2 用分流槽对混凝土衬砌进行分层分窗浇筑图

混凝土的捣实是使模混凝土成形、致密的工序，目的在于保证构件的外形、表面平整，强度及其他各项指标均达到设计要求。根据混凝土搅拌材料的性质、混凝土结构、构件或制品的制造方法，选用合适的振捣方法，明确振捣时间。注浆入模后，必须立即进行足够的振捣，以保证新入模的混凝土能够填充到模板的每个角落，并将泡沫排除，从而达到最大程度的致密均匀[5]。玉磨铁路隧道二衬混凝土振捣采用衬砌台车与手工振捣结合的方法，解决了因混凝土振捣不足引起的混凝土缺陷问题，有效地防止了病害。该工程衬砌台车放置的辅助振捣器如图3 所示。

图3 衬砌台车放置的辅助振捣器

3.4 混凝土养护质量控制

混凝土的固化和硬化是水和水泥发生水化作用而形成的，因此在混凝土浇筑后的早期阶段，采用相应的工艺措施，建立合适的水化反应条件来进行混凝土养护。养护的目的是为混凝土的固化提供必要的温度和湿度等条件。常用的养护方式有标准养护、热养护和自然养护，并且应针对不同的施工条件采取不同的养护措施。若混凝土结构的面积较大，不适宜采用覆盖、浇水或塑料布养护等方式，则应采用喷淋保护层，以避免混凝土内部水分蒸发，从而确保水化反应的正常进行。该工程二衬混凝土配有混凝土衬砌维修台车，能24 小时维护隧道衬砌，确保二衬混凝土的强度。在桥墩的混凝土养护中，使用了喷射式养护技术[6]。养护流程大致如下：固定好顶部盖板的上部（喷头工作系统），再用不渗透布将桥墩包裹，并与上侧的防护网相连。安装在地面的水箱使用定时继电器，定期上水，养护桥墩。该工程桥梁墩身混凝土喷淋养护系统如图4 所示。

图4 桥梁墩身混凝土喷淋养护系统

4 结语

综上所述，混凝土质量控制是个系统工程，在玉磨铁路项目中，对机制砂混凝土配合比设计、原材料质量、混凝土拌制、混凝土运输及混凝土养护等环节进行了有效管控，未出现混凝土质量问题，混凝土结构实体质量满足设计要求，该项目的成功经验可为类似工程施工提供一定的参考和指导。