機(jī)制砂在西非國家港口項(xiàng)目中的應(yīng)用

楊凱 王賢聰 中國港灣工程有限責(zé)任公司

1.工程概況

科特迪瓦和幾內(nèi)亞地處西非國家，科特迪瓦阿比讓港口擴(kuò)建項(xiàng)目主要工程內(nèi)容：新建一座現(xiàn)代化的集裝箱碼頭，共3個(gè)泊位，碼頭結(jié)構(gòu)按滿足未來12000TEU集裝箱船靠泊的需要建設(shè)。阿比讓港口擴(kuò)建項(xiàng)目是中國港灣在科特迪瓦地區(qū)最大的項(xiàng)目，項(xiàng)目混凝土總方量約16×104m3，主要用于沉箱預(yù)制，灌注樁和胸墻澆筑，Core-loc預(yù)制及擋浪墻澆筑等。因此如何解決項(xiàng)目水泥及細(xì)集料的使用問題成了項(xiàng)目需考慮的首個(gè)難題和風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。幾內(nèi)亞科納克里集裝箱碼頭擴(kuò)建工程項(xiàng)目是典型的重力式方塊碼頭，主要工作范圍為岸線長度約340m重力式方塊碼頭結(jié)構(gòu)施工，港池疏浚與開挖、碼頭后方堆場吹填、軌道梁安裝、混凝土連鎖塊鋪面以及碼頭護(hù)岸工程施工等。

2.采用機(jī)制砂的原因

科特迪瓦阿比讓港口擴(kuò)建項(xiàng)目：碼頭所處阿比讓瀉湖區(qū)，周邊沒有淡水河砂，瀉湖內(nèi)有大量湖砂，多為細(xì)砂，且瀉湖與大西洋相連，瀉湖水為咸水，砂的氯離子含量等指標(biāo)不滿足要求，且存在貝殼、有機(jī)質(zhì)含量超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，質(zhì)量控制難度較大。項(xiàng)目用砂數(shù)量巨大，質(zhì)量上要達(dá)到歐標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)，瀉湖區(qū)存在著天然砂資源日漸枯竭，轉(zhuǎn)運(yùn)購買成本高，選用機(jī)制砂優(yōu)勢明顯。

幾內(nèi)亞科納克里集裝箱碼頭擴(kuò)建工程項(xiàng)目：（1）項(xiàng)目所在地周邊河砂資源儲(chǔ)量較小，采砂場數(shù)量少、規(guī)模小、產(chǎn)量低，按照項(xiàng)目施工期的高峰用砂需求超過300m3/d，在采砂場保證正常供應(yīng)的前提下，至少需提前3d備砂；（2）受項(xiàng)目所在地大雨季影響，每年6月～9月當(dāng)?shù)夭缮皥鰺o法進(jìn)行采砂施工，而此期間恰逢項(xiàng)目用砂需求高峰，若不能保證砂料供應(yīng)，將嚴(yán)重影響項(xiàng)目總體工期；（3）當(dāng)?shù)厥馁Y源豐富，國內(nèi)與國外上均有采用機(jī)制砂施工的案例和較成熟的技術(shù)儲(chǔ)備，并且當(dāng)?shù)匾延袡C(jī)制砂混凝土應(yīng)用的成功案例。

綜合以上原因，最終兩項(xiàng)目確定采用機(jī)制砂，以滿足項(xiàng)目施工要求。

3.機(jī)制砂的優(yōu)點(diǎn)

隨著自然砂源的減少和生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求不斷提高，近年來機(jī)制砂的研究與應(yīng)用越來越廣泛，和天然砂相比，機(jī)制砂具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）機(jī)制砂的生產(chǎn)可以就地取材，不受天然砂源儲(chǔ)量、開采及運(yùn)輸?shù)认拗?，可以與碎石生產(chǎn)相結(jié)合，有利于對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和提高礦產(chǎn)資源的綜合利用效率，具有較好的經(jīng)濟(jì)應(yīng)用價(jià)值。（2）可以通過引進(jìn)先進(jìn)的機(jī)制砂生產(chǎn)設(shè)備與生產(chǎn)工藝，根據(jù)不同工程技術(shù)質(zhì)量要求，制備不同規(guī)格和級(jí)配的、質(zhì)量穩(wěn)定可靠的機(jī)制砂，無縫契合工程實(shí)際需要，有利于保障工程質(zhì)量。（3）機(jī)制砂顆粒之間摩擦力與自鎖咬合力比較強(qiáng)，可以通過控制和調(diào)節(jié)機(jī)制砂的級(jí)配、石粉含量，提高混凝土的強(qiáng)度與性能，有利于降低工程施工成本。

4.機(jī)制砂的生產(chǎn)

4.1 機(jī)制砂母巖選擇

機(jī)制砂的母巖質(zhì)量直接影響機(jī)制砂的性能和質(zhì)量。母巖的化學(xué)物質(zhì)成分直接決定機(jī)制砂是否存在有害化學(xué)物質(zhì)以及堿集料反應(yīng)活性，母巖的強(qiáng)度也將直接決定機(jī)制砂的強(qiáng)度/壓碎值。機(jī)制砂對母巖的強(qiáng)度要求比較高，軟巖和強(qiáng)風(fēng)化巖石不適合用于制備機(jī)制砂，低強(qiáng)度的母巖只適合用于配置低強(qiáng)度混凝土。本項(xiàng)目采用的是當(dāng)?shù)仄閹r，試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度在120MPa以上，滿足規(guī)范規(guī)定的不良有害物質(zhì)含量要求。

4.2 機(jī)制砂生產(chǎn)工藝

機(jī)制砂生產(chǎn)按照先后順序通常分為：粗碎、中碎、細(xì)碎、篩分和除粉塵等幾個(gè)環(huán)節(jié)。巖石破碎按照破碎方法與原理又分為擠壓法、劈裂法、折碎法、磨消法和沖擊法等。其篩分環(huán)節(jié)將直接決定機(jī)制砂的級(jí)配，振動(dòng)篩的選擇直接影響機(jī)制砂的粒徑、形狀以及細(xì)度模數(shù)等重要參數(shù)。機(jī)制砂生產(chǎn)除粉塵分為干法除粉和濕法除粉兩種方式，是控制機(jī)制砂中粉塵含量的關(guān)鍵工序，可以根據(jù)混凝土等級(jí)和技術(shù)要求將石粉含量控制在合理范圍，達(dá)到改善混凝土性能的目的。經(jīng)綜合比選，西非區(qū)域國家一般采用沖擊式與反擊式組合破碎機(jī)和濕法除粉。

4.3 機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量控制要點(diǎn)

（1）嚴(yán)格控制母巖質(zhì)量。母巖好壞直接影響機(jī)制砂的質(zhì)量，選取母巖時(shí)要對進(jìn)行詳實(shí)的勘察工作，對巖石抗壓強(qiáng)度、有機(jī)物含量、堿活性礦物含量等進(jìn)行檢測與試驗(yàn)，機(jī)制砂生產(chǎn)過程中要按批次進(jìn)行取樣檢測，確保滿足技術(shù)要求。

（2）合理控制石粉含量。機(jī)制砂石粉含量過低或過高都會(huì)對混凝土的性能產(chǎn)生不利影響。石粉含量過低不僅會(huì)增加水泥和外加劑的用量，增加工程成本，而且會(huì)導(dǎo)致混凝土的粘聚性、流動(dòng)性和易性差，坍落度小，使混凝土的抗裂性能降低，不利于施工質(zhì)量控制；石粉含量過高會(huì)完全包裹骨料，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度和耐久性降低，也會(huì)導(dǎo)致早期失水過大出現(xiàn)塑性收縮，產(chǎn)生干縮裂縫等問題。

（3）加強(qiáng)對壓碎指標(biāo)、細(xì)度模數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)的控制。機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、級(jí)配和壓碎指標(biāo)是影響機(jī)制砂混凝土性能的主要因素，因此應(yīng)加強(qiáng)對機(jī)制砂的細(xì)度模數(shù)、級(jí)配和壓碎指標(biāo)等參數(shù)的組批檢測和抽檢，確保滿足技術(shù)要求。本項(xiàng)目試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在細(xì)度模數(shù)控制在3.4～3.7之間且級(jí)配連續(xù)時(shí)，混凝土性能較佳。

（4）加強(qiáng)對機(jī)制砂的堆放與裝卸管理。在機(jī)制砂堆放和裝卸過程中，由于重力和外部裝卸力作用會(huì)產(chǎn)生砂料的離析現(xiàn)象，因此在生產(chǎn)、堆放和裝卸過程中必須要制定統(tǒng)一的操作規(guī)程，采取噴水、遞升式堆料等措施，降低機(jī)制砂在堆放、裝卸過程產(chǎn)生離析程度。

5.砂率配比設(shè)計(jì)

選取幾內(nèi)亞科納克里集裝箱碼頭擴(kuò)建工程項(xiàng)目的砂率配比設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，由于機(jī)制砂的粒形、級(jí)配較河砂差（級(jí)配見表1），因此需提高適配混凝土的砂率，經(jīng)過反復(fù)多次試驗(yàn)，C30和C35等級(jí)的混凝土的砂率配比設(shè)計(jì)詳見表2。

表1 機(jī)制砂級(jí)配表

表2 砂率配比設(shè)計(jì)（kg）

6.機(jī)制砂施工質(zhì)量注意事項(xiàng)

（1）嚴(yán)格控制機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量，增大機(jī)制砂的檢測頻率，按照幾內(nèi)亞科納克里集裝箱碼頭擴(kuò)建工程實(shí)際情況，控制機(jī)制砂石粉含量在7%～12%之間，砂當(dāng)量＞90%且亞甲基藍(lán)試驗(yàn)＜1g/100g。對于不符合要求的材料堅(jiān)決清場，從源頭保證預(yù)拌混凝土質(zhì)量。

（2）提供足夠的場地以保證機(jī)制砂的堆放，使機(jī)制砂的含水率盡可能的均勻，避免因骨料含水率不均勻而導(dǎo)致的新拌混凝土質(zhì)量波動(dòng)。

（3）由于機(jī)制砂表面粗糙、棱角尖銳，應(yīng)適當(dāng)延長新拌混凝土的攪拌時(shí)間，保證混凝土的勻質(zhì)性。

（4）嚴(yán)格控制聚羧酸高效減水劑的摻量，避免出現(xiàn)超慘現(xiàn)象，避免混凝土出現(xiàn)離析，泌水及抓地現(xiàn)象。

（5）嚴(yán)格控制振搗棒的振搗半徑及振搗時(shí)間。對于插入式振搗棒，做到快插慢拔，垂直點(diǎn)振，防止拖拉嚴(yán)防過振，振搗棒移動(dòng)距離應(yīng)不大于振搗棒直徑的1.5倍。

（6）加強(qiáng)構(gòu)件初期養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)防開裂。由于用機(jī)制砂配置的混凝土在現(xiàn)場施工過程產(chǎn)生的浮漿較普通混凝土多，且當(dāng)?shù)囟囡L(fēng)多雨強(qiáng)日曬，故更需加強(qiáng)初期養(yǎng)護(hù)，防止早期開裂。

7.結(jié)束語

機(jī)制砂在西非港口項(xiàng)目中的推廣及應(yīng)用已是大勢所趨，只要嚴(yán)格控制機(jī)制砂的質(zhì)量，合理選擇混凝土的配合比以及做到良好的施工控制，機(jī)制砂便能夠滿足項(xiàng)目技術(shù)規(guī)格書的各項(xiàng)要求，從而在缺少河砂等天然砂資源以及在對天然砂的開采具有嚴(yán)格限制的地區(qū)得以廣泛使用，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。