機(jī)制砂在湘西山區(qū)公路工程中的應(yīng)用

李　晟， 董　城， 鄭祖恩， 李志勇

(1.湖南省永吉高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司， 湖南 吉首　416000； 2.湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙　410015)

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機(jī)制砂在湘西山區(qū)公路工程中的應(yīng)用

李晟1， 董城2， 鄭祖恩2， 李志勇2

(1.湖南省永吉高速公路建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司， 湖南 吉首416000； 2.湖南省交通科學(xué)研究院， 湖南 長(zhǎng)沙410015)

[摘要]在湖南省湘西山區(qū)修建高速公路，橋隧比例較大，混凝土工程量巨大，需要大量的建筑用砂。充分利用該地區(qū)石灰?guī)r生產(chǎn)機(jī)制砂用于工程建設(shè)，對(duì)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境具有重要意義。通過(guò)對(duì)機(jī)制砂的生產(chǎn)和應(yīng)用開(kāi)展系統(tǒng)研究，建立了機(jī)制砂在公路工程中使用的質(zhì)量技術(shù)要求，提出了相應(yīng)的生產(chǎn)管理措施，形成了機(jī)制砂混凝土的使用質(zhì)量控制技術(shù)，并進(jìn)行了實(shí)體工程應(yīng)用，研究表明質(zhì)量?jī)?yōu)良的機(jī)制砂能滿足公路工程建設(shè)用混凝土對(duì)砂石材料的質(zhì)量技術(shù)要求。研究成果可為機(jī)制砂在公路工程中的全面推廣應(yīng)用提供借鑒和指導(dǎo)。

[關(guān)鍵詞]機(jī)制砂； 混凝土； 技術(shù)要求； 生產(chǎn)條件； 質(zhì)量控制

1概述

湖南省湘西地區(qū)屬于典型山區(qū)，地勢(shì)起伏較大，溝壑縱橫，在湘西山區(qū)修建高速公路，工程中橋涵眾多，橋隧比例較大，混凝土工程量巨大，需要大量的建筑用砂。而該地區(qū)建筑需要的天然砂產(chǎn)量較少，大部分是從外地遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，且運(yùn)輸難度較大；加之各地天然砂質(zhì)量參差不齊，對(duì)工程結(jié)構(gòu)物質(zhì)量及耐久性都有較大影響。而湘西山區(qū)賦存大量的石灰?guī)r資源，且公路邊坡和隧道工程開(kāi)挖都會(huì)產(chǎn)生大量廢棄石方，占用山地農(nóng)田，破壞生態(tài)環(huán)境。

因此，本著“節(jié)約資源和環(huán)境友好”的交通建設(shè)宗旨，堅(jiān)持就地取材、循環(huán)利用的原則，在湘西山區(qū)公路工程項(xiàng)目實(shí)施中充分利用當(dāng)?shù)氐氖規(guī)r資源，用來(lái)生產(chǎn)機(jī)制砂替代天然河砂應(yīng)用于工程建設(shè)，不僅能有效緩解當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)所需天然砂稀缺的問(wèn)題，還對(duì)于提升我國(guó)機(jī)制砂混凝土使用水平，支撐我國(guó)交通建設(shè)綠色生態(tài)、可持續(xù)發(fā)展具有十分重要的意義。

2機(jī)制砂的生產(chǎn)與質(zhì)量控制

2.1機(jī)制砂質(zhì)量技術(shù)要求

《建筑用砂》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]，對(duì)機(jī)制砂中的石粉含量限制提出了嚴(yán)格的要求，規(guī)定最大限值不超過(guò)7%。本文結(jié)合已有研究成果[2-4]和湘西工程建設(shè)實(shí)際情況，對(duì)機(jī)制砂顆粒級(jí)配要求和石粉含量限制作了適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)目前生產(chǎn)機(jī)制砂的顆粒級(jí)配統(tǒng)計(jì)規(guī)律特點(diǎn)，適當(dāng)放寬了機(jī)制砂的級(jí)配要求；將MB<1.40的機(jī)制砂石粉含量限值標(biāo)準(zhǔn)提高到了10%[5]。

2.1.1分級(jí)與技術(shù)規(guī)格

機(jī)制砂按相關(guān)質(zhì)量技術(shù)要求分為三級(jí)[6]。Ⅰ級(jí)主要用于配制強(qiáng)度等級(jí)大于等于C60的混凝土；Ⅱ級(jí)主要用于配制強(qiáng)度等級(jí)C35～C55或有抗凍、抗?jié)B等其它要求的混凝土；Ⅲ級(jí)主要用于配制強(qiáng)度等級(jí)小于等于C30的混凝土。

機(jī)制砂的粗細(xì)程度按細(xì)度模數(shù)分為粗砂(3.7～3.1)、中砂(3.0～2.3)和細(xì)砂(2.2～1.6)共3種類型。

2.1.2顆粒級(jí)配

按600 μm篩孔的累計(jì)篩余量(以質(zhì)量百分率表示)，將機(jī)制砂分成3個(gè)顆粒級(jí)配區(qū)域(見(jiàn)表1)。機(jī)制砂的實(shí)際顆粒級(jí)配應(yīng)處于任意一個(gè)區(qū)域之中。配制混凝土?xí)r應(yīng)優(yōu)先選擇Ⅱ區(qū)的機(jī)制砂，應(yīng)選擇中砂配制泵送混凝土。

表1 機(jī)制砂的顆粒級(jí)配分區(qū)Table1 Particlesizedistributionofmanufacturedsand方孔篩在下列級(jí)配分區(qū)下的累計(jì)篩余/%Ⅰ區(qū)Ⅱ區(qū)Ⅲ區(qū)4.75mm10～010～010～02.36mm40～530～015～01.18mm65～3550～1025～0600μm85～7170～4140～16300μm95～7592～6585～55150μm100～85100～80100～75

2.2機(jī)制砂生產(chǎn)管理措施

2.2.1機(jī)制砂生產(chǎn)要求

生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)工藝、母巖質(zhì)量、質(zhì)量控制措施等因素都對(duì)機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量具有重要影響。因此，機(jī)制砂生產(chǎn)應(yīng)符合以下條件。

① 機(jī)制砂的生產(chǎn)條件要求[7]。

將機(jī)制砂生產(chǎn)廠分為兩級(jí)，一級(jí)廠主要生產(chǎn)Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)砂，二級(jí)廠主要生產(chǎn)Ⅲ級(jí)砂；并提出了相應(yīng)的生產(chǎn)條件要求，見(jiàn)表2所示。

表2 機(jī)制砂建廠的生產(chǎn)條件Table2 Productionconditionsofthemanufacturedsandfactory序號(hào)項(xiàng)目名稱技術(shù)指標(biāo)要求一級(jí)廠二級(jí)廠1鍔式破碎機(jī)PE-600×900以上必要必要2振動(dòng)給料機(jī)必要必要3反擊式破碎機(jī)80t/h以上必要必要4振動(dòng)篩3層以上必要必要5制砂機(jī)60t/h以上必要必要6洗砂機(jī)處理量大于產(chǎn)量必要可選7除塵設(shè)備180型以上必要必要8母巖飽水抗壓強(qiáng)度≥80MPa≥60MPa9生產(chǎn)場(chǎng)地生產(chǎn)、料場(chǎng)及質(zhì)檢場(chǎng)地硬化≥1.3hm2≥1.0hm210生產(chǎn)工藝濕法干法或濕法11生產(chǎn)能力≥15萬(wàn)t/a≥10萬(wàn)t/a

② 機(jī)制砂生產(chǎn)廠的質(zhì)保體系。

機(jī)制砂生產(chǎn)廠家應(yīng)加強(qiáng)內(nèi)部管理和質(zhì)量控制，配備相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備維護(hù)人和試驗(yàn)檢測(cè)人員。機(jī)械設(shè)備維護(hù)人定期進(jìn)行檢測(cè)維護(hù)，及時(shí)更換磨損的篩網(wǎng)等，確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，保證機(jī)制砂出廠質(zhì)量的穩(wěn)定性。建設(shè)面積不小于15 m2的產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)場(chǎng)所，試驗(yàn)檢測(cè)人員依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程[8]，通過(guò)加強(qiáng)試驗(yàn)檢測(cè)來(lái)控制機(jī)制砂出廠質(zhì)量。機(jī)制砂產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)內(nèi)容如表3所示。

表3 機(jī)制砂產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)內(nèi)容Table3 Qualitytechnologytestingcontentofmanufacturedsandproduct序號(hào)檢測(cè)內(nèi)容檢測(cè)頻率檢測(cè)設(shè)備1篩分2石粉含量3亞甲藍(lán)MB4壓碎值1次/200m3烘箱一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)篩一套(方孔)0.075mm標(biāo)準(zhǔn)篩(3個(gè))石粉含量測(cè)定儀一套5母巖抗壓強(qiáng)度6堿活性1～2次/a壓力機(jī)(可選)電子秤1-2臺(tái),精度0.1g。 注:壓碎值、母巖抗壓強(qiáng)度、堿活性等檢測(cè)內(nèi)容可以外委

2.2.2機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量管理

為了確保產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)建立機(jī)制砂生產(chǎn)和使用質(zhì)量管理體系，包括機(jī)制砂生產(chǎn)廠家自檢、施工單位復(fù)檢、監(jiān)理單位抽檢和業(yè)主單位監(jiān)督，以確保機(jī)制砂的質(zhì)量合格。

① 生產(chǎn)廠家對(duì)生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行抽樣自檢，并建立臺(tái)帳，形成質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，未檢或檢驗(yàn)不合格的產(chǎn)品不得出廠。

② 施工單位采用機(jī)制砂時(shí)，應(yīng)對(duì)廠家生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行復(fù)檢，檢驗(yàn)合格后方可采購(gòu)。施工單位還應(yīng)對(duì)每批產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢測(cè)，禁止使用不合格的機(jī)制砂。

③ 監(jiān)理單位應(yīng)監(jiān)督施工單位的檢測(cè)工作，還要進(jìn)行抽檢。對(duì)無(wú)出廠質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告，以及施工單位自檢或監(jiān)理單位抽檢不合格的機(jī)制砂及時(shí)清理出場(chǎng)。

④ 業(yè)主單位對(duì)生產(chǎn)廠家和施工單位進(jìn)行質(zhì)量督查，對(duì)廠家生產(chǎn)的機(jī)制砂和施工單位使用的機(jī)制砂隨機(jī)進(jìn)行抽檢，若抽檢不合格及時(shí)對(duì)有關(guān)單位進(jìn)行處理。

2.3機(jī)制砂廠家的檢測(cè)與評(píng)定

通過(guò)實(shí)地調(diào)研機(jī)制砂廠家的建廠條件，對(duì)采石場(chǎng)的母巖和生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行抽檢，綜合評(píng)定和審核合格后，才可選定作為工程建設(shè)中的機(jī)制砂供應(yīng)廠家。如湘西某公路工程建設(shè)過(guò)程中選取了四家機(jī)制砂生產(chǎn)廠家。根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)和評(píng)估，四家機(jī)制砂廠家的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)機(jī)制砂的產(chǎn)品質(zhì)量均能滿足實(shí)體工程需求，機(jī)制砂產(chǎn)品的質(zhì)量技術(shù)檢測(cè)評(píng)定結(jié)果見(jiàn)圖1和表4所示。

由圖1、表4可知：這4家機(jī)制砂生產(chǎn)廠的產(chǎn)品質(zhì)量控制到位，各項(xiàng)指標(biāo)都滿足相應(yīng)的質(zhì)量要求，機(jī)制砂級(jí)配情況良好，基本屬于Ⅱ區(qū)級(jí)配，滿足實(shí)際工程需求。

圖1　四家砂廠生產(chǎn)機(jī)制砂的級(jí)配曲線Figure 1　Grading curve of manufactured sand produced in four sand factories

表4 四家砂廠生產(chǎn)機(jī)制砂的檢測(cè)結(jié)果Table4 Testresultsofmanufacturedsandproducedinfoursandfactories制砂企業(yè)石粉含量/%泥塊含量/%表觀密度(g·cm-3)堆積密度/(g·cm-3)緊裝堆積密度/(g·cm-3)空隙率/%MB值壓碎值/%廠家17～1002.691.591.7740.9合格12廠家2≤502.681.531.7143.1合格16廠家3≤502.761.581.7542.7合格18廠家4≤502.701.531.6942.9合格17

3機(jī)制砂混凝土的工程應(yīng)用

本文以湖南湘西某高速公路建設(shè)為依托，開(kāi)展了機(jī)制砂混凝土的工程應(yīng)用。該高速公路采用雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度24.5 m。全線包括特大橋、大橋50余座，隧道10余座，橋隧比例高達(dá)46%，工程結(jié)構(gòu)物多，建設(shè)難度大。

3.1機(jī)制砂混凝土的質(zhì)量控制技術(shù)

經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)并結(jié)合工程實(shí)際情況，確立了機(jī)制砂在該工程建設(shè)中的應(yīng)用思路：充分利用一定數(shù)量的石粉能提高混凝土保水性和粘聚性的特點(diǎn)，在配制中、低標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，放寬機(jī)制砂中石粉含量到10%，克服混凝土工作性不良的情況；在配制高標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，限制石粉含量不高于7%，通過(guò)調(diào)節(jié)水灰比、砂率、摻和料等參數(shù)，配制出具有良好力學(xué)性能、工作性能和耐久性能的混凝土。

① 機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計(jì)按照普通混凝土設(shè)計(jì)方法[9]進(jìn)行配制，機(jī)制砂的表觀密度較大，配制混凝土用水量比天然砂稍大，可適當(dāng)摻入外加劑提高工作性能；按“五點(diǎn)”法選擇砂率，在保證混凝土強(qiáng)度和工作性能的情況下，選取較小的砂率。

② 配制中低標(biāo)號(hào)機(jī)制砂混凝土?xí)r，遵循適當(dāng)提高機(jī)制砂中的石粉含量至10%，充分利用一定數(shù)量石粉能提高混凝土工作性能的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)選水灰比、砂率等技術(shù)參數(shù)，確定C25和C30等泵送混凝土的典型配合比。

③ 通過(guò)試驗(yàn)配制C50機(jī)制砂混凝土?xí)r，選擇水灰比在0.35左右，砂率控制在40%左右，可摻入10%～15%的粉煤灰以提高混凝土工作性能。

④ 在機(jī)制砂混凝土工程應(yīng)用過(guò)程中必須嚴(yán)格控施工工藝，選擇機(jī)械攪拌，較普通混凝土延長(zhǎng)攪拌時(shí)間0.5～1 min；縮短振搗時(shí)間，避免離析和泌水；并適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，加強(qiáng)早期和后期養(yǎng)護(hù)。

3.2機(jī)制砂混凝土的應(yīng)用情況

在該公路工程建設(shè)過(guò)程中全面推廣使用機(jī)制砂混凝土，包括噴射混凝土，橋梁T梁、樁基，隧道二襯等各種類型的混凝土，形成了C25隧道二襯、C30橋梁樁基、C50橋梁T梁[10]等多組機(jī)制砂混凝土配合比(具體技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表5)，有效指導(dǎo)了機(jī)制混凝土在公路工程建設(shè)中的推廣應(yīng)用。

表5 三組機(jī)制砂混凝土配合比Table5 Threegroupsofmixratioinmanufacturedsandconcrete混凝土類型石粉含量/%配合比/(kg·m-3)水泥粉煤灰水機(jī)制砂碎石減水劑坍落度/mm抗壓強(qiáng)度/MPa7d28dC25隧道二襯9.8298—17092210452.5317024.735.7C30橋梁樁基9.8360—17085510453.0617031.743.6C50橋梁T梁4.74206016875911384.816058.168.7

該高速公路工程建設(shè)中共使用了一級(jí)機(jī)制砂3千m3，二、三級(jí)機(jī)制砂35萬(wàn)m3，機(jī)制砂混凝土質(zhì)量滿足相關(guān)要求。通過(guò)機(jī)制砂的成功推廣應(yīng)用，成功解決了工程所需河砂供應(yīng)緊張和運(yùn)輸困難等問(wèn)題，充分利用了當(dāng)?shù)厥馁Y源，保證了工程質(zhì)量和進(jìn)度。

4結(jié)論

本文對(duì)機(jī)制砂的生產(chǎn)和質(zhì)量管理，以及機(jī)制砂混凝土質(zhì)量控制技術(shù)進(jìn)行了研究，并進(jìn)行了實(shí)體工程應(yīng)用。

① 建立了機(jī)制砂在公路工程中應(yīng)用的質(zhì)量技術(shù)要求，適當(dāng)放寬了機(jī)制砂顆粒級(jí)配要求，提高了機(jī)制砂石粉含量的限值標(biāo)準(zhǔn)。

② 提出了機(jī)制砂生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)條件和具體質(zhì)量控制措施，建立了機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量技術(shù)管理體系，以保證砂質(zhì)優(yōu)良。

③ 形成了機(jī)制砂混凝土的質(zhì)量控制技術(shù)，在配制中、低標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，適當(dāng)提高機(jī)制砂中的石粉含量至10%，在配制高標(biāo)號(hào)混凝土?xí)r，限制石粉含量不高于7%，通過(guò)調(diào)節(jié)水灰比、砂率、摻和料和施工工藝等參數(shù)，配制出滿足工程需求的混凝土。

④ 通過(guò)湘西公路工程的實(shí)體工程應(yīng)用表明，質(zhì)量?jī)?yōu)良的機(jī)制砂能滿足公路工程建設(shè)用混凝土的質(zhì)量技術(shù)需求，可在公路工程建設(shè)中大規(guī)模推廣應(yīng)用。

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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

[基金項(xiàng)目]湖南省交通科技項(xiàng)目(B201104)

[作者簡(jiǎn)介]李晟(1980-)，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，主要從事高速公路建設(shè)管理工作。

[中圖分類號(hào)]U 416.214

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1674-0610(2016)03-0132-03