房玉中，謝國(guó)強(qiáng)，陳曉成，羅先剛，徐世均（.中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 40400；.河南理工大學(xué)，河南焦作 454003）

渝黔鐵路天坪隧道機(jī)制砂生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)研究

房玉中1，謝國(guó)強(qiáng)2，陳曉成1，羅先剛1，徐世均1
（1.中鐵隧道集團(tuán)一處有限公司，重慶 404100；2.河南理工大學(xué)，河南焦作 454003）

摘要：在機(jī)制砂生產(chǎn)過程中，機(jī)制砂級(jí)配斷檔和環(huán)水保是影響機(jī)制砂生產(chǎn)的2個(gè)技術(shù)難題。渝黔鐵路天坪隧道機(jī)制砂生產(chǎn)中采取增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙，并安裝多檔調(diào)節(jié)電氣開關(guān)控制轉(zhuǎn)速和加壓過濾設(shè)備的方式，將0.075～0.15 mm檔流失的砂子回收利用，使機(jī)制砂顆粒級(jí)配斷檔得到彌補(bǔ)。通過混凝土試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，得出機(jī)制砂顆粒級(jí)配是影響機(jī)制砂性能參數(shù)的關(guān)鍵因素；同時(shí)，增加過濾設(shè)備并將小于0.075 mm的石粉與水分離，使生產(chǎn)機(jī)制砂排出的污水干凈清澈，實(shí)現(xiàn)污水零排放，對(duì)周邊環(huán)境完全無(wú)污染；最后得出，在生產(chǎn)中要對(duì)這些關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)加以控制，才能達(dá)到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的最佳匹配。

關(guān)鍵詞：鐵路隧道；機(jī)制砂；級(jí)配曲線；細(xì)度模數(shù)；機(jī)制砂混凝土；環(huán)水保；經(jīng)濟(jì)

0　引言

隨著基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的不斷加強(qiáng)，天然砂資源越來(lái)越匱乏，使用機(jī)制砂成為必然的趨勢(shì)。美國(guó)地質(zhì)勘探局（USGS）在1996年對(duì)全美國(guó)制砂母巖進(jìn)行了一次調(diào)查，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)原料的67%是石灰?guī)r，19%是花崗巖，剩余的14%包括白云巖、暗色巖、砂巖和石英巖。我國(guó)雖沒有具體的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，但生產(chǎn)機(jī)制砂的原材料也是石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖等。貴州地區(qū)沒有天然砂，但石灰?guī)r等儲(chǔ)料豐富，這也是貴州最早研究機(jī)制砂混凝土的原因［1］。

機(jī)制砂的質(zhì)量很大程度上取決于母巖的物理性能、加工工藝和機(jī)械設(shè)備等因素。國(guó)內(nèi)水電系統(tǒng)的砂廠生產(chǎn)規(guī)模大，設(shè)備較為先進(jìn)，機(jī)制砂生產(chǎn)通常采用棒磨機(jī)加工，再通過洗砂機(jī)脫水而得，產(chǎn)品質(zhì)量好。工程

單位采用螺旋洗砂機(jī)，細(xì)砂流失嚴(yán)重，加之目前國(guó)內(nèi)機(jī)制砂行業(yè)沒有專業(yè)化的設(shè)計(jì)理念、生產(chǎn)工藝落后、規(guī)模小、管理混亂等，很多高達(dá)30%～50%。孫永濤［2］對(duì)納黔高速公路施工現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)制砂加工工藝進(jìn)行了調(diào)研，分析了所調(diào)研合同段機(jī)制砂的基本屬性，發(fā)現(xiàn)納黔高速公路生產(chǎn)的機(jī)制砂普遍存在斷檔問題，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝進(jìn)行改進(jìn)，回收了一部分細(xì)砂，還發(fā)現(xiàn)機(jī)制砂與天然砂摻配雖能達(dá)到理想的中砂要求，但是級(jí)配不能滿足Ⅰ區(qū)級(jí)配要求，使用效果仍然不好。王稷良［3］指出級(jí)配好的機(jī)制砂和級(jí)配差的機(jī)制砂均可以拌制出強(qiáng)度符合要求的混凝土，但級(jí)配好的機(jī)制砂對(duì)于提高硬化混凝土強(qiáng)度更加有利。落后的機(jī)制砂生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)線生產(chǎn)的機(jī)制砂不但級(jí)配不合理，而且細(xì)砂和石粉隨河水排出，嚴(yán)重污染了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，更有甚者，危害到人類的健康和生存條件；因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的機(jī)制砂生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，制造出級(jí)配良好、質(zhì)精價(jià)優(yōu)的機(jī)制砂，以滿足企業(yè)對(duì)機(jī)制砂的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)環(huán)保效益的需要［4］。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)機(jī)制砂生產(chǎn)中常見的機(jī)制砂級(jí)配斷檔和環(huán)水保技術(shù)難題進(jìn)行了研究，并對(duì)機(jī)制砂生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，取得了一些成果。

1　工程概況

渝黔鐵路天坪隧道為單洞雙線隧道，位于重慶與貴州交界的桐梓縣境內(nèi)，正洞全長(zhǎng)13 978 m，平導(dǎo)長(zhǎng)11 775 m，項(xiàng)目沿線天然砂匱乏，而石灰?guī)r石料及混凝土骨料儲(chǔ)量豐富，如果在沿線采石制備機(jī)制砂，成本要比外購(gòu)天然砂降低很多；因此，用機(jī)制砂替代天然砂非常經(jīng)濟(jì)，也是形勢(shì)所需。

天坪隧道設(shè)機(jī)制砂生產(chǎn)線3個(gè)，用砂需求總量超過30萬(wàn)m3，母材均來(lái)自于洞內(nèi)棄砟，機(jī)制砂廠址均建立在棄砟場(chǎng)附近，便于取材，每個(gè)機(jī)制砂生產(chǎn)線均配套設(shè)置沉淀池和過濾廢水回收設(shè)備。

2　機(jī)制砂生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)問題的產(chǎn)生

機(jī)制砂的質(zhì)量很大程度上取決于其生產(chǎn)工藝；因此，有必要對(duì)渝黔鐵路天坪隧道機(jī)制砂廠生產(chǎn)的機(jī)制砂和機(jī)制砂混凝土進(jìn)行研究，并在實(shí)踐中對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，以便制出符合規(guī)范要求的機(jī)制砂，同時(shí)，精心調(diào)試配合比使配制出的機(jī)制砂混凝土符合設(shè)計(jì)規(guī)范。

進(jìn)口處機(jī)制砂生產(chǎn)線原石料中的污染物和石粒含量為4%～20%，機(jī)制砂加工中粉末為5%～15%，這些污物和沖洗水一起集中到砂料一級(jí)。為了控制砂石料的質(zhì)量，常用較多的水沖洗，主要采用FG1000螺旋式洗砂機(jī)進(jìn)行沖洗，由于FG1000洗砂機(jī)螺軸轉(zhuǎn)速較快，現(xiàn)場(chǎng)一般為11 r／min，以致分級(jí)脫水時(shí)溢流速度過大，水洗過程中將0.075～0.15 mm這檔沖走，不僅影響了機(jī)制砂級(jí)配的均勻性，還破壞了當(dāng)?shù)丨h(huán)境。

為確定細(xì)砂流失問題是否僅存在于渝黔鐵路，進(jìn)行了大量?jī)?nèi)業(yè)文獻(xiàn)資料調(diào)查，發(fā)現(xiàn)以往工程也存在這一問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，劉家峽工程細(xì)砂損失達(dá)30%～35%；烏江渡工程平均約為12.6%，其中溢流料中有10%～30%是粒徑在0.074 mm以上的細(xì)砂。細(xì)砂的損失不僅影響了機(jī)制砂級(jí)配的合規(guī)性，導(dǎo)致機(jī)制砂性能不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)需要，若通過補(bǔ)充水泥來(lái)解決斷檔問題，還會(huì)導(dǎo)致水泥用量增大，不僅經(jīng)濟(jì)損失巨大，而且大量的細(xì)砂和石粉被水沖走，會(huì)造成資源浪費(fèi)和環(huán)境破壞；因此，需要對(duì)細(xì)砂回收利用。

3　機(jī)制砂生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)問題的解決

為解決0.075～0.15 mm這檔細(xì)砂流失的問題，采用增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙（見圖1和圖2），并安裝多檔調(diào)節(jié)電氣開關(guān)控制轉(zhuǎn)速的方式，確保螺旋轉(zhuǎn)速下降，將粗砂過濾后的混水中含的細(xì)砂再次提洗0.075～0.15 mm檔的細(xì)砂出來(lái)，與粗砂混合，使機(jī)制砂顆粒級(jí)配斷檔得到彌補(bǔ)，解決了機(jī)制砂級(jí)配斷檔的技術(shù)難題，有效地改善了混凝土的和易性，從而能夠滿足機(jī)制砂級(jí)配合理性。

圖1　增設(shè)的FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙Fig.1 FG500 spiral sand washing machine and circuitous water filter cartridge

圖2　連接FG500螺旋洗砂機(jī)和FG1000螺旋式洗砂機(jī)水槽Fig.2 Water tank connecting FG500 spiral sand washing machine and FG1000 spiral sand washing machine

為了確定現(xiàn)場(chǎng)增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙后是否成功回收0.075～0.15 mm檔的細(xì)砂，以及回收后機(jī)制砂級(jí)配是否得到優(yōu)化，對(duì)改進(jìn)前后的工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂質(zhì)量及機(jī)制砂混凝土進(jìn)行了研究。

3.1增設(shè)前后機(jī)制砂級(jí)配變化研究

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)主要針對(duì)增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙前后加工出來(lái)的機(jī)制砂的關(guān)鍵參數(shù)，并結(jié)合GB／T 14684—2011《建設(shè)用砂》（簡(jiǎn)稱國(guó)標(biāo)）和TB 10424—2010《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（簡(jiǎn)稱鐵標(biāo)）的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行研究。

國(guó)標(biāo)和鐵標(biāo)目前只對(duì)0.15～9.5 mm檔做了規(guī)定，并沒有對(duì)0.075～0.15 mm檔做相關(guān)規(guī)定，并在0.15～0.3 mm檔的上下限方面有少許的差別。

為研究渝黔鐵路天坪隧道進(jìn)口處機(jī)制砂的質(zhì)量，首先對(duì)增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙前后生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行篩分（見表1）。

表1　每檔集料通過率Table 1 Percentage of particles passing the sieve　%

對(duì)篩分后的每檔集料結(jié)合國(guó)標(biāo)和鐵標(biāo)的Ⅰ級(jí)級(jí)配和Ⅱ級(jí)級(jí)配區(qū)間進(jìn)行比較，做出篩分曲線圖，如圖3—6所示。

圖3　國(guó)標(biāo)Ⅰ級(jí)級(jí)配區(qū)間篩分曲線Fig.3 Sieving curve of GradeⅠparticles specified in GB／T 14684—2011

圖4　鐵標(biāo)Ⅰ級(jí)級(jí)配區(qū)間篩分曲線Fig.4 Sieving curve of GradeⅠparticles specified in TB 10424—2010

圖5　國(guó)標(biāo)Ⅱ級(jí)級(jí)配區(qū)間篩分曲線Fig.5 Sieving curve of GradeⅡparticles specified in GB／T 14684—2011

圖6　鐵標(biāo)Ⅱ級(jí)級(jí)配區(qū)間篩分曲線Fig.6 Sieving curve of GradeⅡparticles specified in TB 10424—2010

由篩分曲線分析可知，無(wú)論對(duì)于國(guó)標(biāo)還是鐵標(biāo)的機(jī)制砂顆粒級(jí)配，增設(shè)前后的級(jí)配曲線基本都在Ⅰ區(qū)上限和下限之間，超出Ⅱ區(qū)上限很多，可以判斷渝黔鐵路天坪隧道機(jī)進(jìn)口處機(jī)制砂屬于Ⅰ區(qū)砂。

由細(xì)度模數(shù)公式

式中：Mx為細(xì)度模數(shù)；A1、A2、A3、A4、A5、A6分別為4.75、2.36、1.18、0.6、0.3、0.15 mm檔的累計(jì)篩余百分率。

由增設(shè)前后的細(xì)度模數(shù)可以看出，在增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙后，細(xì)度模數(shù)有所降低，但仍屬于粗砂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集的樣本，發(fā)現(xiàn)渝黔鐵路天坪隧道進(jìn)口處生產(chǎn)的機(jī)制砂基本上都屬于粗砂，少數(shù)屬于中砂。

為拓展研究機(jī)制砂性能參數(shù)，需要對(duì)每檔集料所占百分比進(jìn)行研究，由于國(guó)標(biāo)和鐵標(biāo)沒有針對(duì)0.15 mm以下的機(jī)制砂進(jìn)行研究，所以在接下來(lái)的試驗(yàn)中對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的機(jī)制砂增加0.15 mm檔以下的數(shù)據(jù)（見表2）。

表2　每檔集料所占百分比Table 2 Percentage of particles of each grade %

由表2可以看出，增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙后，0.3～9.5 mm檔基本沒有變化，變化最大的是0.075～0.15 mm檔。可以推出，增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙前，0.075～0.15 mm檔流失最為嚴(yán)重，增設(shè)后含量明顯增大。

3.2影響機(jī)制砂品質(zhì)的關(guān)鍵因素

解決0.075～0.15 mm檔流失問題后，為進(jìn)一步深入探討決定機(jī)制砂品質(zhì)好壞的關(guān)鍵指標(biāo)，特以Ⅰ區(qū)機(jī)制砂級(jí)配范圍為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了6組具有代表性的級(jí)配類型，即偏于級(jí)配上限、接近級(jí)配中值、偏于級(jí)配下限、級(jí)配上限過渡到下限、級(jí)配下限過渡到上限和級(jí)配不良6種類型。以1.18 mm篩檔中值為轉(zhuǎn)折控制點(diǎn)［5－6］，對(duì)各組級(jí)配機(jī)制砂的基本參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表3所示。

表3　各組級(jí)配基本參數(shù)Table 3 Basic parameters of each gradation

圖7　各組級(jí)配機(jī)制砂顆粒級(jí)配曲線Fig.7 Gradation curves of mechanicalcrushed sands of different grades

由圖7可以看出，級(jí)配不良曲線在1.18及2.36 mm篩檔嚴(yán)重超出級(jí)配范圍，類型2、3、4符合機(jī)制砂Ⅰ區(qū)級(jí)配要求；因此，在生產(chǎn)中通過控制篩網(wǎng)孔徑，并以1.18 mm篩檔中值為標(biāo)準(zhǔn)控制好機(jī)制砂各孔徑累計(jì)篩余百分率就可以得到理想的機(jī)制砂。以機(jī)制砂級(jí)配為基礎(chǔ)，得到機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)、孔隙率及表觀密度，為進(jìn)一步探討細(xì)度模數(shù)和機(jī)制砂性能的關(guān)系，特將細(xì)度模數(shù)與孔隙率和表觀密度的關(guān)系做成圖8和圖9。

圖8　細(xì)度模數(shù)與空隙率變化曲線Fig.8 Correlation between fineness modulus and voids ratio

圖9　細(xì)度模數(shù)與表觀密度變化曲線Fig.9 Correlation between fineness modulus and appearance density

由表3和圖7可以看出，從類型1到類型6，機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)逐漸增大，并逐步由中砂變?yōu)榇稚?，其中類?和類型2是中砂，類型3到類型6均為粗砂，除類型6不符合國(guó)標(biāo)Ⅰ區(qū)機(jī)制砂級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)外，其他均符合；并且類型2和類型4的級(jí)配類似瀝青混合料的間斷級(jí)配，分別具有倒S型和S型級(jí)配特征，前者有利于形成骨架結(jié)構(gòu)，后者更容易形成懸浮結(jié)構(gòu)；類型3屬于連續(xù)級(jí)配；類型1、5、6均屬于不良級(jí)配。

由表3、圖8和圖9可以看出，從類型1到類型6，雖然細(xì)度模數(shù)逐漸增大，但其表觀密度和空隙率出現(xiàn)“先降—后增—再降”的變化趨勢(shì)，說明細(xì)度模數(shù)與這2個(gè)指標(biāo)之間沒有直接相關(guān)關(guān)系，細(xì)度模數(shù)僅是表征砂的粗細(xì)程度的宏觀指標(biāo)，無(wú)法反映顆粒級(jí)配的真實(shí)情況，而對(duì)機(jī)制砂基本性質(zhì)起確定性作用的是顆粒級(jí)配。

3.3機(jī)制砂級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響及機(jī)制研究驗(yàn)證

在配合比設(shè)計(jì)參數(shù)相同的條件下［7－8］，按照表3的顆粒級(jí)配類型進(jìn)行混凝土性能分析，因顆粒級(jí)配的不同，各組級(jí)配在工作性能及強(qiáng)度上存在較大的差異。以C35混凝土為例，采用的配合比如表4所示。

表4　C35混凝土試配參數(shù)Table 4 Trial mixing proportion of C35 concrete

3.3.1工作性能影響

試驗(yàn)采用6種類型級(jí)配的機(jī)制砂對(duì)照表4的配合比分別施作6種類型的混凝土試件，將試驗(yàn)中不同類型的級(jí)配對(duì)混凝土工作性能影響的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)［9－10］，如表5所示。

由圖10可以看出，在相同配合比條件下，坍落度隨細(xì)度模數(shù)的增大呈拋物線趨勢(shì)變化，當(dāng)細(xì)度模數(shù)達(dá)到3.17附近時(shí)（即級(jí)配中值），拌合物坍落度達(dá)到高峰，隨后急劇下降；但擴(kuò)展度隨細(xì)度模數(shù)的增大呈上升趨勢(shì)，當(dāng)細(xì)度模數(shù)為3.17時(shí)，出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。由圖11可以看出當(dāng)細(xì)度模數(shù)小于3.17時(shí)，坍落度和擴(kuò)展度變化趨勢(shì)一致，均呈上升趨勢(shì)，之后2者曲線的相反走向說明拌合物工作性能變差，出現(xiàn)離析現(xiàn)象。主要原因是細(xì)集料含量過多，比表面積大，不僅增加用水量，還降低混凝土的流動(dòng)度，影響混凝土的工作性能。當(dāng)粗集料含量增大時(shí)，顆粒組成趨于合理，工作性能逐漸優(yōu)化；

當(dāng)粗顆粒含量增多時(shí)，比表面積減小，自由水含量增大，加速了細(xì)顆粒在粗集料表面的流動(dòng)，導(dǎo)致拌合物保水性及黏聚性降低，在坍落過程中水泥膠漿與骨料離析，從而造成中間骨料堆積，水泥膠漿流失，坍落度減小，擴(kuò)展度增大；但在一定的用水量及減水劑摻量范圍內(nèi)，可以看出細(xì)度模數(shù)小的級(jí)配在保水性和黏聚性方面均優(yōu)于細(xì)度模數(shù)大的級(jí)配，能有效粘接在粗集料的表面，在骨料之間起潤(rùn)滑作用，能增大混凝土的流動(dòng)性，利于混凝土的泵送，且不易產(chǎn)生離析。因此，細(xì)顆粒含量的多少對(duì)混凝土工作性能至關(guān)重要。

表5　不同級(jí)配對(duì)混凝土性能的影響Table 5 Influence of different gradations on concrete performance

圖10　細(xì)度模數(shù)與坍落度的關(guān)系Fig.10 Correlation between fineness modulus and slump

圖11　細(xì)度模數(shù)與擴(kuò)展度的關(guān)系Fig.11 Correlation between fineness modulus and expansion

因此，可以得出，混凝土工作性能雖然受不同顆粒比表面積及組成比例的影響，但實(shí)質(zhì)上是顆粒級(jí)配起決定作用（即細(xì)顆粒與粗顆粒含量之間的平衡度）。

3.3.2強(qiáng)度影響

通過對(duì)不同類型級(jí)配的機(jī)制砂分組及按照相同的配合比做成的試件進(jìn)行長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)，并進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，發(fā)現(xiàn)顆粒級(jí)配對(duì)混凝土強(qiáng)度影響比較明顯，如圖12所示。

由表5和圖12可以看出，級(jí)配類型2、3、5的混凝土強(qiáng)度均高于其他組，在配合比設(shè)計(jì)參數(shù)相同的條件下，混凝土強(qiáng)度相差有7～10 MPa，由于混凝土設(shè)計(jì)均采用相同原材料，僅僅是機(jī)制砂顆粒級(jí)配發(fā)生變化，所以影響混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵因素便是骨架在混凝土中的組成結(jié)構(gòu)及混凝土內(nèi)部的密實(shí)性。

圖12　細(xì)度模數(shù)與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系Fig.12 Correlation between fineness modulus and compressive strength

綜上所述，根據(jù)對(duì)不同級(jí)配機(jī)制砂基本屬性的分析，發(fā)現(xiàn)顆粒級(jí)配的組成對(duì)機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)、表觀密度等影響很大。機(jī)制砂應(yīng)以1.18 mm篩檔含量作為關(guān)鍵篩檔控制，便于平衡混凝土工作性能和機(jī)制砂粗細(xì)顆粒比例。

4　機(jī)制砂經(jīng)濟(jì)性和環(huán)水保分析

以天坪隧道進(jìn)口處機(jī)制砂生產(chǎn)線為例進(jìn)行分析研究。

4.1經(jīng)濟(jì)性

渝黔鐵路天坪隧道進(jìn)口處機(jī)制砂投產(chǎn)后，根據(jù)隧道設(shè)計(jì)用砂量為10萬(wàn)m3，按此計(jì)算收益，機(jī)制砂實(shí)際成本為28元／m3，市場(chǎng)上河沙成本為120元／m3，機(jī)制砂相對(duì)于河沙節(jié)約92元／m3，共節(jié)約920萬(wàn)元。從當(dāng)?shù)刭I石頭制砂價(jià)格為95元／m3，相對(duì)于購(gòu)買機(jī)制砂節(jié)約67元／m3，共節(jié)約670萬(wàn)元。

增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙后，平

均節(jié)約細(xì)砂10萬(wàn)×12.6%×30%＝0.378萬(wàn)m3，挽回直接經(jīng)濟(jì)損失0.378萬(wàn)×28＝10.584萬(wàn)元。

4.2環(huán)水保

在機(jī)制砂生產(chǎn)線設(shè)計(jì)和選型時(shí)充分考慮噪音和粉塵的影響，安裝灑水噴頭，設(shè)置音障和個(gè)人防護(hù)，在生產(chǎn)線設(shè)置三級(jí)沉淀池。機(jī)制砂生產(chǎn)過程中排出的廢水對(duì)沿線居民生活和生產(chǎn)造成了不好的影響，為使排出的廢水達(dá)標(biāo)，引進(jìn)一套過濾設(shè)備，此設(shè)備具有價(jià)格低、占地少和排水效果好等優(yōu)點(diǎn)。

該設(shè)備主要由壓濾機(jī)機(jī)架、濾布、濾板、液壓站、壓力表、液壓油管和水嘴組成，通過將沉淀池的污水抽到過濾機(jī)過濾，將細(xì)砂石粉等小顆粒與水分開，排出的廢水清澈如自來(lái)水，實(shí)現(xiàn)了機(jī)制砂生產(chǎn)線污水零排放的效果（見圖13）。

圖13　增加過濾設(shè)備后排出的廢水Fig.13 Waste water released after filtering equipment is installed

5　結(jié)論與建議

針對(duì)機(jī)制砂級(jí)配斷檔和環(huán)水保這2個(gè)技術(shù)難題，對(duì)原有的機(jī)制砂生產(chǎn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)改進(jìn)后的工藝和改進(jìn)前的工藝生產(chǎn)的機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，通過機(jī)制砂混凝土試件現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，取得了一些成果，并對(duì)下一步研究提供了一些建議。

5.1結(jié)論

1）通過對(duì)增設(shè)FG500螺旋洗砂機(jī)和迂回式過濾水艙制造的機(jī)制砂顆粒級(jí)配曲線進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)渝黔鐵路天坪山隧道進(jìn)口處機(jī)制砂顆粒級(jí)配曲線符合國(guó)標(biāo)和鐵標(biāo)Ⅰ區(qū)級(jí)配要求，增設(shè)后0.075～0.15 mm檔得到補(bǔ)充，雖然現(xiàn)行的國(guó)標(biāo)和鐵標(biāo)對(duì)此檔沒有進(jìn)行要求，但實(shí)際上此檔起很大的作用，不僅能改善混凝土的工作性能，而且對(duì)于挽回經(jīng)濟(jì)損失和環(huán)境保護(hù)都有重要的作用。

2）通過對(duì)不同級(jí)配類型的機(jī)制砂在配合比設(shè)計(jì)參數(shù)相同的情況下，進(jìn)行混凝土試件分組試驗(yàn)，并對(duì)細(xì)度模數(shù)和顆粒級(jí)配研究發(fā)現(xiàn)：細(xì)度模數(shù)只是表征機(jī)制砂粗細(xì)程度的宏觀指標(biāo)，無(wú)法反映顆粒級(jí)配的真實(shí)情況，而顆粒級(jí)配才是決定機(jī)制砂質(zhì)量好壞的關(guān)鍵因素，在生產(chǎn)時(shí)應(yīng)調(diào)整篩網(wǎng)加以控制。同時(shí)，對(duì)混凝土強(qiáng)度、坍落度、擴(kuò)展度進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)制砂應(yīng)以1.18 mm篩檔含量作為關(guān)鍵篩檔控制，便于平衡混凝土工作性能和機(jī)制砂粗細(xì)顆粒比例。

5.2建議

1）機(jī)制砂中的中砂（Ⅱ區(qū)）是最理想的材料，渝黔鐵路天坪隧道改進(jìn)后的機(jī)制砂生產(chǎn)線生產(chǎn)的機(jī)制砂屬于中粗砂（Ⅰ區(qū)）。因此，下一步仍需對(duì)機(jī)制砂生產(chǎn)線和生產(chǎn)工藝進(jìn)行研究和改進(jìn)，以便得到理想的中砂。

2）機(jī)制砂混凝土含適量的石粉是十分有益的，因此下一步應(yīng)針對(duì)回收的石粉的用途以及石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土的影響進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

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Study on Key Technologies for Mechanicalcrushed Sands Used for Tianping Tunnel on ChongqingGuiyang Railway

FANG Yuzhong1，XIE Guoqiang2，CHEN Xiaocheng1，LUO Xiangang1，XU Shijun1
（1.The First Construction Division Co.，Ltd.of China Railway Tunnel Group，Chongqing 404100，China；2.Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454003，Henan，China）

Abstract：The production of mechanicalcrushed sands faces two problems，i.e.，interrupted gradation and environmental pollution.In the production of the mechanicalcrushed sands for Tianping tunnel on ChongqingGuiyang railway，F(xiàn)G500 spiral sand washing machines，circuitous water filter cartridges and pressured filter equipment with multiphased electrical switches and intermitted operation functions are installed，so as to recover the sands with particle size ranging from 0.075 mm to 0.15 mm，and in turn to compensate the missing grades of the sands.Furthermore，trial concrete mixing is made to verify the study results，which shows that the gradation of the mechanicalcrushed sands is one of the key factors that have influence on the performance of the mechanicalcrushed sands.Besides this，filtering equipment is installed to separate the stone fumes with particle size being less than 0.075 mm from the water，so as to prevent the environment from being polluted by water released in the production of the mechanicalcrushed sands.Conclusion is drawn that these key technologies should be well implemented in the production so as to achieve a good coordination among technology，economy and environment protection.

Keywords：railway tunnel；mechanicalcrushed sand；gradation curve；fineness modulus；mechanicalcrushed sand concrete（MSC）；environment and water conservation；economy

作者簡(jiǎn)介：第一房玉中（1983—），男，湖北鐘祥人，2010年畢業(yè)于河南理工大學(xué)，橋梁與隧道工程專業(yè)，碩士，工程師，主要從事隧道及地下工程方向的研究工作。

收稿日期：2015－05－20；修回日期：2015－06－23

中圖分類號(hào)：U 454

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1672－741X（2015）09－0883－08

DOI：10.3973／j.issn.1672－741X.2015.09.005