基于觀音閣水庫(kù)輸水工程人工砂亞甲藍(lán)質(zhì)量控制措施研究

徐世亮

(本溪泓源供水有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117000)

遼寧省觀音閣水庫(kù)輸水工程，是觀音閣水庫(kù)與大伙房水庫(kù)輸水工程的配套工程，工程的主要任務(wù)是保障本溪市生活飲用水安全，解決本鋼、北臺(tái)鋼廠等大型企業(yè)存在的水量與水質(zhì)安全問(wèn)題，并為本溪市和本溪新城經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供安全可靠的水源。在該工程建設(shè)中需要大量的碎石及砂，然而目前的天然砂不能滿(mǎn)足當(dāng)前工程需要[1]。本根據(jù)對(duì)本溪市內(nèi)人工砂現(xiàn)狀，通過(guò)人工砂市場(chǎng)調(diào)研，對(duì)主要料場(chǎng)的產(chǎn)品進(jìn)行理化試驗(yàn)和配合比試配，提出初步解決方案。

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫(kù)輸水工程位于太子河干流上，是將已建的觀音閣水庫(kù)水經(jīng)過(guò)輸水隧洞及管線(xiàn)自流輸入到本溪市的大（2）型Ⅱ等工程。工程位于在本溪市管轄區(qū)，主要有：一座取水頭部、頭部壓力隧洞、輸水管線(xiàn)、一座電站、無(wú)壓隧洞、四座配水站及分支管線(xiàn)等幾部分組成[2]。管道大部分沿河敷設(shè)，采用雙管同槽的方式，個(gè)別地段采用單根外包混凝土鋼管，工程輸水線(xiàn)路主干線(xiàn)長(zhǎng)度41.5 km，分支管線(xiàn)長(zhǎng)度49.8 km。

考慮工程運(yùn)行年限及周邊居民安全，建設(shè)單位質(zhì)量管理部門(mén)高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，嚴(yán)格按照水利水電建設(shè)相關(guān)規(guī)范管理工程的質(zhì)量。然而，經(jīng)過(guò)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)本溪市內(nèi)的天然河沙細(xì)度模數(shù)偏大，含泥量偏高，幾乎處于臨界值，且價(jià)格偏貴，不能滿(mǎn)足當(dāng)前工程的需要[3]。

2 人工砂亞甲藍(lán)現(xiàn)狀

機(jī)制砂，又稱(chēng)人工砂。機(jī)制砂、混合砂主要應(yīng)用于建筑、市政、交通、等建設(shè)工程中的C60 及以下強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。在滿(mǎn)足相應(yīng)的技術(shù)要求時(shí)，亦可用于港口和水利等混凝土工程。機(jī)制砂：由機(jī)械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm 的巖石顆粒，細(xì)度模數(shù)2.4～2.8，表面含水率＜6%，但不包括軟質(zhì)巖，風(fēng)化巖的顆粒。

由設(shè)計(jì)單位現(xiàn)場(chǎng)代表、建設(shè)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人、監(jiān)理單位副總監(jiān)和施工單位技術(shù)代表，利用一周的時(shí)間對(duì)本溪市地區(qū)主要碎石場(chǎng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的實(shí)地考察，通過(guò)料場(chǎng)實(shí)際踏勘，對(duì)母材、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)成品等進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研，對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的母材、中間產(chǎn)品和產(chǎn)成品全部取樣送檢，對(duì)主要碎石場(chǎng)生產(chǎn)的人工砂進(jìn)行抽樣檢測(cè)[4]。

2.1 母材供應(yīng)

本溪市為山區(qū)城市，市內(nèi)石灰石礦、鐵礦分部廣泛，規(guī)模以上生產(chǎn)廠家眾多，一般施工工地距最近產(chǎn)地距離均小于20 km，近者可達(dá)1 km～5 km。

各家碎石場(chǎng)母料來(lái)源大致分為兩種：（1）石灰石礦專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)碎石，母材供應(yīng)充足；（2）位于鐵礦開(kāi)采區(qū)內(nèi)，礦山排巖排渣料源供應(yīng)充足。母材理化指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 產(chǎn)能

碎石場(chǎng)生產(chǎn)設(shè)備為顎式破碎機(jī)時(shí)，每條生產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能為：碎石20000 m3/月，副產(chǎn)品為石粉，出粉率低，約為500 m3/月，由于受設(shè)備及生產(chǎn)工藝限制，該型生產(chǎn)線(xiàn)不具備批量生產(chǎn)能力。

顎式破碎機(jī)一臺(tái)搭配小型制砂機(jī)一臺(tái)的產(chǎn)能為：碎石10000 m3/月，副產(chǎn)品為石粉（可作為人工砂使用），出粉率低，約為1000 m3/月，由于受設(shè)備及生產(chǎn)工藝限制，該型生產(chǎn)線(xiàn)不具備批量生產(chǎn)能力。

2.4 價(jià)格信息

目前市場(chǎng)上運(yùn)費(fèi)約為 0.6 元 /(m·3km)～0.8 元 /(m3·km)。人工砂成品約 18 元 /m3。天然河砂成品約80 元/m3～150 元/m3。

目前市場(chǎng)上運(yùn)費(fèi)根據(jù)車(chē)型不同，約為0.6 元/(m3·km)～0.8元 /(m3·km)。人工砂成品約 18 元 /m3～40 元 /m3。天然河砂成品約65 元/m3～120 元/m3。具體市場(chǎng)調(diào)研信息見(jiàn)表1。

表1 天然河砂與機(jī)制砂市場(chǎng)信息表

2.5 質(zhì)量現(xiàn)狀

目前市場(chǎng)上各企業(yè)所使用的原材料均未采用純凈巖石作為母材，均為礦山排渣和排巖，夾帶大量山皮泥土，生產(chǎn)的成品人工砂均為破碎碎石產(chǎn)生的廢棄副產(chǎn)品—石粉，不是正規(guī)的機(jī)制砂，石粉中含山皮土比例較高、膨脹性黏土比例較大，膨脹性黏土?xí)?yán)重影響膠凝材料與粗細(xì)骨料的握裹力，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度降低、耐久性差、和易性差，且會(huì)從混凝土內(nèi)部造成膨脹漲裂破壞[5]。

石粉和泥均為0.075 mm 以下粒徑，水工實(shí)驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行區(qū)分，根據(jù)根據(jù)《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程SL352-2006》規(guī)定，人工砂石粉含量在6%～18%為合格，但并未規(guī)定石粉中含泥量指標(biāo)，所以人工砂檢測(cè)合格而混凝土檢測(cè)不合格的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。然而在國(guó)標(biāo)和電力系統(tǒng)水工混凝土等規(guī)范中明確規(guī)定了石粉中不能含有膨脹性黏土即泥的成分，例如《建設(shè)用砂》GBT_14684-2011、《水工混凝土砂石骨料試驗(yàn)規(guī)程》DL/T 5151-2014，早在2002 年便規(guī)定使用亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)MB 值檢測(cè)石粉中含泥量指標(biāo)為硬性指標(biāo)。依據(jù)《建設(shè)用砂》GBT_14684-2011對(duì)主要料場(chǎng)的人工砂進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明：本溪市內(nèi)主要料場(chǎng)人工砂MB 值均值為5.1。根據(jù)已有資料和相關(guān)實(shí)驗(yàn)，MB 值越大，石粉中含泥量越大。見(jiàn)表2、表3。

表2 石粉含量和泥塊含量（MB 值≤1.4 或快速法試驗(yàn)合格）

表3 石粉含量和泥塊含量（MB 值＞1.4 或快速法試驗(yàn)不合格）

機(jī)制砂MB 值≤1.4 或快速法試驗(yàn)合格時(shí)，石粉含量和泥塊含量應(yīng)符合表1 的規(guī)定；機(jī)制砂MB 值＞1.4 或快速法試驗(yàn)不合格時(shí)，石粉含量和泥塊含量應(yīng)符合表2 的規(guī)定。

配制水工混凝土配合比實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，盲目的用水洗去石粉中細(xì)顆粒物質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致人工細(xì)骨料級(jí)配不良，細(xì)顆粒減少，比表面積降低，導(dǎo)致混凝土泌水率高、保水性差、和易性極差，滿(mǎn)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。水洗機(jī)制砂也會(huì)產(chǎn)生大量的污水，污水處理起來(lái)異常繁瑣；直接排放也不滿(mǎn)足環(huán)保部門(mén)的相關(guān)規(guī)定。

3 改進(jìn)措施

根據(jù)調(diào)研情況，對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行深入探討，確定將初次破碎產(chǎn)生的石粉中含山皮土量、微膨脹性黏土量較大，完全廢棄。改進(jìn)生產(chǎn)工藝，引進(jìn)了一臺(tái)12-520t/h 型專(zhuān)用制砂設(shè)備，將初次破碎產(chǎn)生的潔凈碎石進(jìn)行二次破碎，二次破碎產(chǎn)生的機(jī)制砂方為潔凈的不含泥的優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂，經(jīng)亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)MB 值和石粉含量能夠滿(mǎn)足人工細(xì)骨料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的。檢測(cè)結(jié)果如表4。

表4 亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

通過(guò)上述論述排除了水洗的方案，并對(duì)人工砂生產(chǎn)工藝提出改進(jìn)。

初次破碎產(chǎn)生的石粉中含山皮土量、微膨脹性黏土量較大，應(yīng)完全廢棄。因此需要碎石場(chǎng)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的專(zhuān)用優(yōu)質(zhì)制砂設(shè)備和成熟技術(shù)，將初次破碎產(chǎn)生的潔凈碎石進(jìn)行二次破碎，二次破碎產(chǎn)生的機(jī)制砂方為潔凈的不含泥的優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂，經(jīng)亞甲藍(lán)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)MB 值和石粉含量能夠滿(mǎn)足人工細(xì)骨料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的，方可進(jìn)行試配，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果決定是否能夠用于本市水利工程混凝土施工。

4 結(jié)語(yǔ)

石粉中含泥量較大，不能滿(mǎn)足細(xì)骨料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，不能用于水利水電工程混凝土施工。水利工程應(yīng)以采用天然砂為宜。同時(shí)，隨著天然砂資源的枯竭，機(jī)制砂不管是從經(jīng)濟(jì)合理性還是儲(chǔ)量方面，替代天然砂都勢(shì)在必行。