付建偉

（中鐵十一局集團有限公司第四工程有限公司，湖北 武漢 430074）

機制砂是指對巖石進行爆破、破碎、沖洗和篩分，使其成為顆粒粒徑小于5mm，級配合理、細度模數(shù)適中、石粉含量滿足要求的人工砂。與天然河砂相比，機制砂棱角突出、機械咬合力強、內摩擦力大、配制的混凝土強度高，但機制砂石粉含量高、2.5～5mm顆粒多，級配不如河砂好（機制砂級配一般是2.5～5mm，顆粒多、石粉多），堅固性比河砂差，因此在鐵路混凝土的應用過程中，必須解決好傳統(tǒng)機制砂的缺點問題，嚴格按照標準規(guī)范要求控制機制砂的各項物理參數(shù)及有害物質的含量，保證鐵路混凝土結構質量滿足規(guī)范和設計要求。

1 機制砂在鐵路混凝土中的質量控制要點

1.1 生產機制砂母材的選取

母材是機制砂成品質量的基礎，要想生產出優(yōu)質的機制砂，必須選用料源優(yōu)質穩(wěn)定、強度高、風化石及軟石含量少、巖體夾層及表層黏土含量少的母材。

按照標準規(guī)范要求，用于生產碎石、機制砂的母材宜選取砂巖、石英巖、花崗巖等強度高、質地堅硬的巖石；生產粗細骨料用母巖強度宜為混凝土強度等級的1.5倍以上，且母巖軟化系數(shù)不得低于0.8。

按照規(guī)范要求定期對母材進行堿活性礦物含量、硫化物及硫酸鹽、氯離子等有害化學物質含量檢測，確保從根源上解決機制砂混凝土的化學穩(wěn)定性和長期耐久性問題，從而達到鐵路建設高性能混凝土的要求。

1.2 機制砂生產工藝流程

傳統(tǒng)機制砂是生產碎石的尾料經過篩分后得到的產品，其級配、粒形和石粉含量無法控制。目前鐵路項目生產機制砂是在碎石生產線中加入專門制砂機，通過整形、篩分等措施控制級配、粒形和石粉含量，從而使機制砂質量達到標準規(guī)范要求，滿足鐵路工程高性能混凝土的需要。

1.3 機制砂級配及針片狀含量

機制砂的級配和針片狀含量關系到機制砂混凝土拌和物的工作性能。傳統(tǒng)機制砂2.5～5mm及0.075mm以下的顆粒較多，其中間顆粒較少，導致顆粒級配不連續(xù)、細度模數(shù)較大，不滿足標準規(guī)范中粗砂的級配要求，配制的混凝土易出現(xiàn)泌水泌漿，漏石嚴重，保水性、和易性較差；0.075mm以下細顆粒偏多，導致集料比表面積增大，相同膠凝材料用量的情況下混凝土強度較低；機制砂針片狀顆粒較多，棱角明顯，導致混凝土吸水量和摩擦阻力增大，混凝土流動性差，泵送混凝土施工性能差。目前項目使用專用制砂機生產的機制砂，級配和顆粒形狀得到有效改善。結合項目混凝土試拌經驗及檢測結果，鐵路工程高性能混凝土機制砂需滿足細度模數(shù)為2.6～3.1，級配滿足Ⅱ區(qū)要求，2.5～5mm顆粒含量小于25%，0.075mm以下顆粒含量為4%～7%。

1.4 石粉的含量

根據(jù)《鐵路混凝土工程施工質量驗收標準》（TB10424—2018）要求，機制砂的石粉含量標準值與其MB值有關，MB值越大，石粉含量標準值應越?。籑B值越小，石粉含量標準值可以較大。同時根據(jù)混凝土拌和物性能試驗，機制砂石粉含量較小時，混凝土保水性較差，易泌水泌漿、漏石；機制砂石粉含量較大時，混凝土需水量增大、黏稠、施工性能較差，硬化混凝土強度偏低。結合項目機制砂混凝土試拌經驗及檢測結果，目前項目生產使用機制砂石粉含量為4%～7%。

1.5 有害物質的含量

機制砂所含云母、有機物、輕物質、硫化物及硫酸鹽、氯化物等有害物質將影響機制砂混凝土的強度和耐久性能，應嚴格按照標準規(guī)范要求，定期對有害物質進行檢測，且相關指標符合規(guī)范要求，防止機制砂混凝土結構物產生質量缺陷或損害，耐久性不滿足要求。

2 機制砂試驗結果分析

2.1 自產機制砂與地方機制砂質量對比

對自產機制砂近期試驗檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并與地方傳統(tǒng)機制砂進行對比，結果如表1所示。由試驗結果可以看出，自產機制砂石粉含量、泥塊含量、壓碎指標值、細度模數(shù)、顆粒級配等指標均滿足C45及以下等級混凝土標準要求，與地方傳統(tǒng)機制砂比較有質的提高。

2.2 自產機制砂與天然河砂質量對比

對自產機制砂近期試驗檢測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，并與江西寧都天然河砂進行對比，結果如表2所示。自產機制砂質量與河砂基本一致，各項指標均滿足C45及以下等級混凝土技術要求，其品質達到甚至優(yōu)于河砂，并且自產機制砂最大的特點是各項指標穩(wěn)定可控、質量波動小。

3 機制砂混凝土試驗研究分析

3.1 混凝土原材料情況

水泥：福建建福水泥股份有限公司（P·O42.5）；粉煤灰：福建永安瑞祥粉煤灰有限公司（F類Ⅱ級）；細骨料（機制砂）：峰果嶺隧道進口碎石場，細度模數(shù)MX=2.9；細骨料（河砂）：寧都縣梅江鎮(zhèn)華沅砂場，細度模數(shù)MX=2.7；粗骨料：清流縣嵩溪起航采石場，碎石5～31.5mm（5～10mm∶10～20mm∶16～31.5mm=20%∶60%∶20%）；減水劑：中鐵十一局集團橋梁公司撫州工業(yè)分公司（聚羧酸高性能緩凝型）；水：飲用水。

表1 自產機制砂與地方機制砂試驗結果對比表

表2 自產機制砂與天然河砂試驗結果對比表

3.2 混凝土試拌配合比

混凝土試拌配合比采用鐵路隧道工程用C40二襯泵送混凝土配合比，各項性能指標設計值為坍落度180～220mm，擴展度≥500mm，含氣量2.0%～4.0%，容重2400×（1±2%），電通量≤1200C，抗?jié)B等級P10。具體配合比各原材料用量如表3所示。

表3 隧道C40混凝土配合比

3.3 機制砂混凝土試驗研究方案

根據(jù)3.2中混凝土配合比，細骨料采用機制砂和天然河砂，其他原材料保持不變，試拌自產機制砂和天然河砂混凝土，觀察其混凝土拌和物和易性，檢測混凝土拌和物坍落度、擴展度、含氣量、容重、強度和耐久性等指標，通過比選確定機制砂混凝土的優(yōu)缺點。

3.4 機制砂與河砂混凝土試驗分析

通過試拌機制砂和天然河砂混凝土，相關性能分析如下。（1）混凝土拌和物和易性和外觀方面。觀察兩種細骨料混凝土拌和物，由于其含有較多石粉，因此機制砂混凝土較黏稠，保水性較好，但機制砂顆粒棱角較多，混凝土拌和物流動性稍差，坍落度和擴展度檢測指標較小。天然河砂混凝土細粉含量較少，混凝土周邊有稍微泌漿，且由于河砂顆粒粒形圓潤光滑，因此混凝土拌和物流動性稍好，易插搗，坍落度和擴展度指標稍大。（2）混凝土含氣量。機制砂混凝土與河砂混凝土相比含氣量較低，經初步分析與機制砂的顆粒棱角性及表面吸附性有關，其具體機理原因有待進一步研究。（3）混凝土強度耐久性。通過對比機制砂和河砂混凝土7d、28d和56d抗壓強度值，機制砂混凝土抗壓強度均比河砂混凝土稍高，且在耐久性電通量和抗?jié)B性指標方面機制砂混凝土表現(xiàn)較好。河砂混凝土與機制砂混凝土各項性能檢測指標如表4～表5所示。

表4 天然河砂混凝土性能指標檢測結果

表5 機制砂混凝土性能指標檢測結果

4 結束語

通過兩種細骨料混凝土的試拌檢測研究發(fā)現(xiàn)，在機制砂及其他原材料各項性能指標滿足標準規(guī)范要求，且檢測結果相近的情況下，機制砂混凝土具有更為優(yōu)異的力學性能和耐久性能，機制砂混凝土拌和物各項性能均能達到設計要求，且部分性能優(yōu)于天然河砂混凝土，能夠滿足鐵路工程高性能混凝土施工的需要，值得進一步推廣應用。