花崗巖洞渣特性與工程應(yīng)用研究

韋永正

(廣西長長路橋建設(shè)有限公司，廣西 南寧 530007)

0 引言

近年來各類工程建設(shè)都在大量使用機(jī)制砂。2017年廣西發(fā)布了機(jī)制砂應(yīng)用地方標(biāo)準(zhǔn)《機(jī)制砂及機(jī)制砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》，進(jìn)一步推動和規(guī)范機(jī)制砂在該地區(qū)公路工程中的應(yīng)用。為提高公路工程機(jī)制砂應(yīng)用水平，國家工信部聯(lián)合國家發(fā)改委、交通運輸部等部門于2019年下半年和2020年上半年先后發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)機(jī)制砂石行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的若干意見》《關(guān)于促進(jìn)砂石行業(yè)健康有序發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出了對機(jī)制砂石“嚴(yán)格質(zhì)量管控、實施標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)”的要求并貫徹落實綠色發(fā)展理念。機(jī)制砂得到國家層面的大力支持和推廣，鑒于此，本文依托廣西某在建高速公路項目，重點研究了花崗巖洞渣機(jī)制砂的特性及工程應(yīng)用中混凝土及水穩(wěn)層的各項性能，為后續(xù)其他工程使用花崗巖提供技術(shù)參考。

1 花崗巖母巖和機(jī)制砂特性研究

該項目各工區(qū)花崗巖洞渣顏色差別不大，但經(jīng)檢測得知其礦物成分不同，這給花崗巖洞渣的利用增加了難度。因此，有必要對不同時期花崗巖洞渣機(jī)制砂的性能進(jìn)行分析，了解其變化。經(jīng)過半年的跟蹤和試驗，得到試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1顯示，各工區(qū)洞渣母巖樣品強(qiáng)度均較高，超過110 MPa，波動范圍不大，因此從強(qiáng)度來說完全滿足混凝土對原材料的要求。根據(jù)半定量法分析，不同時期花崗巖母材的礦物成分比例有所變化，主要表現(xiàn)在有害成分云母含量的不同。對于一工區(qū)和三工區(qū)，云母占比一直處于高位，超過規(guī)范對云母含量的限制，且變化幅度較大，特別是一工區(qū)，這給調(diào)整混凝土配合比帶來很大的困難，也不利于混凝土質(zhì)量的控制；而二工區(qū)云母含量相對較低，這對于混凝土配合比的控制是較為有利的。

抽取不同時段生產(chǎn)的花崗巖洞渣機(jī)制砂進(jìn)行試驗，結(jié)果如表2所示。由表2可知，洞渣機(jī)制砂壓碎值均超過現(xiàn)行規(guī)范的最低要求，這與花崗巖母材在加工過程中剝落的軟弱顆粒、半風(fēng)化巖及云母等有較大的關(guān)聯(lián)。抽檢試驗的機(jī)制砂樣品中石粉含量均在10%上下波動，細(xì)度模數(shù)在2.6～2.8之間，機(jī)制砂級配相對穩(wěn)定；除二工區(qū)外，一、三工區(qū)洞渣花崗巖機(jī)制砂不同時期的MB值均不合格，由于洞渣潔凈，基本排除了含泥量對亞甲藍(lán)吸附的影響因素，可見云母類礦物是導(dǎo)致MB值增大的主要原因[1]。機(jī)制砂國標(biāo)和廣西地標(biāo)里均對機(jī)制砂石粉含量做了規(guī)定[2-3]，特別是MB值不合格時，應(yīng)對其石粉含量加以嚴(yán)格限制。經(jīng)調(diào)查，采用重力和磁選的方法可以降低石粉中的云母含量，具體效果如何還有待進(jìn)一步研究。

表1 各工區(qū)隧道不同時期花崗巖洞渣母巖性能分析表

表2 各工區(qū)隧道不同時期花崗巖洞渣機(jī)制砂相關(guān)技術(shù)

2 花崗巖洞渣的工程應(yīng)用研究

2.1 花崗巖洞渣在混凝土中的應(yīng)用

花崗巖用于混凝土中的最大問題是使混凝土坍落度損失快、早期強(qiáng)度偏低。解決途徑是選擇高性能緩凝減水劑、控制單位用水量并適當(dāng)增加水泥用量。選用C40、C30、C20標(biāo)號強(qiáng)度等級的混凝土進(jìn)行試配，配合比如表3所示。由于試驗過程中同源材料試配各標(biāo)號混凝土呈現(xiàn)的變化大體相同，本文只取C30混凝土性能指標(biāo)來分析花崗巖洞渣機(jī)制砂的使用性能。

表3 花崗巖洞渣機(jī)制砂混凝土配合比設(shè)計表(kg/m3)

另外，保持膠凝材料的水膠比相同，通過調(diào)整外加劑摻量也可保持混凝土初始坍落度的一致性。由表3和圖1可知，一、三工區(qū)洞渣機(jī)制砂比二工區(qū)洞渣機(jī)制砂需水量稍大。在試拌過程中發(fā)現(xiàn)各工區(qū)混凝土坍落度損失對比明顯，二工區(qū)表現(xiàn)相對較好，三工區(qū)較差，一工區(qū)最差，1 h和1.5 h后混凝土拌和物局部出現(xiàn)漿體不流動、裹不住石子等現(xiàn)象。圖2表明，各工區(qū)花崗巖混凝土7 d強(qiáng)度相對偏低，28 d強(qiáng)度增長較慢，但56 d強(qiáng)度仍有所上升。由此可見，除水膠比和膠凝材料用量外，機(jī)制砂母巖礦物成分對混凝土具有較大影響。這可能是由于花崗巖洞渣是酸性石材，加上云母等有害物質(zhì)，漿體的膠結(jié)能力較差，導(dǎo)致水泥漿體硬化速度下降、強(qiáng)度增長較慢。因此，建議該項目花崗巖洞渣機(jī)制砂應(yīng)慎用于C40及以上標(biāo)號混凝土，可用于C30、C20等中低標(biāo)號混凝土，并根據(jù)需水量的變化及時調(diào)整膠凝材料和外加劑摻量，以保證混凝土強(qiáng)度。

圖1 C30混凝土坍落度變化 曲線圖

圖2 C30混凝土強(qiáng)度變化 柱狀圖

2.2 花崗巖洞渣在路面墊層和水穩(wěn)層的應(yīng)用

隧道將項目隔成四個工區(qū)，有四個洞渣碎石加工場，生產(chǎn)的機(jī)制砂和碎石來源多、質(zhì)量不穩(wěn)定，試驗部門聯(lián)合材料部門不定期巡檢，將材料分區(qū)堆放，含粉量超標(biāo)的機(jī)制砂和瓜米石用作路面墊層和水穩(wěn)層原材料，以達(dá)到充分、合理利用地材的目的，提高其利用效率。

在路面墊層施工過程中，關(guān)鍵是控制好混合料的級配和含水率。水泥穩(wěn)定碎石作為半剛性基層，對強(qiáng)度要求不高，但并不意味著花崗巖洞渣機(jī)制砂的使用無風(fēng)險；相反，無機(jī)結(jié)合料的水泥劑量通常限定在7%以內(nèi)，比混凝土中水泥用量要低得多。因此，花崗巖洞渣機(jī)制砂的技術(shù)指標(biāo)不能降低要求，選擇合理的碎石級配、適宜的水泥劑量才能滿足路面水穩(wěn)層的各項指標(biāo)要求。

經(jīng)過前期兩段試驗路總結(jié)，選擇合適的水泥劑量、生產(chǎn)過程中不斷調(diào)整砂石比例、維持6.5%左右的含水率，可使水穩(wěn)料效果最好，各項數(shù)據(jù)指標(biāo)符合設(shè)計要求，可在后續(xù)路面基層施工中推廣。花崗巖洞渣機(jī)制砂的使用既解決了項目砂石短缺的困境，又減少了對外購買砂石的依賴，給項目節(jié)省成本、創(chuàng)造利潤，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)語

(1)花崗巖洞渣母巖抗壓強(qiáng)度較高，但加工后的機(jī)制砂壓碎值較大；各工區(qū)花崗巖洞渣礦物中均含有一定量的云母，但比例不同，且隨隧道的掘進(jìn)情況而變化。

(2)花崗巖礦物中的云母含量超標(biāo)不利于混凝土保坍，并引起混凝土強(qiáng)度下降，因此需對花崗巖洞渣機(jī)制砂中的石粉含量加以限制。

(3)花崗巖洞渣機(jī)制砂需水量大，骨料與水泥漿體的膠結(jié)性能較差，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度增長緩慢、早期強(qiáng)度低，但28 d后強(qiáng)度仍在增長，建議以56 d強(qiáng)度作為評判時間標(biāo)準(zhǔn)。

(4)花崗巖洞渣應(yīng)用于路面水穩(wěn)層的關(guān)鍵是控制好水泥劑量和合理的骨料級配。