樊永勇
中交一公局第八工程有限公司，天津市.300170
摘要：近年来，随着我国基础设施建设不断加快，混凝土用量呈逐年增长趋势。砂作为混凝土的原材料之一，对砂的需求量也日益增长。但由于部分地区天然河砂资源匮乏，交通不便，材料运输困难，河砂过度开采，对自然环境造成严重影响等缘故，因此采用机制砂代替河砂是混凝土行业可持续发展的一种发展趋势。
关键词：花岗岩机制砂混凝土；性能；应用；
前言：混凝土的质量包含内在和外观两个方面的品质。外观品质不仅是一种单独的美观效果，也一定程度上反映了内部品质和整体质量水平。混凝土质量最直观的体现就是混凝土的外观质量，目前来看混凝土外观存在很多问题，诸如色差、水纹、气孔、蜂窝麻面等，不仅影响美观甚至会降低使用寿命。
项目：郑西高速公路栾川至双龙段
隧道围岩介绍：
伏牛山隧道左洞9161米，右洞9183米，左线最大埋深751.68米，右线最大埋深769.76米，隧址区分布的地层为第四系全新统冲洪积物（Q4a1+p1），下元古界宽坪组（Pt1k1）石英片岩，以及中生代燕山期（γ53）花岗岩。围岩主要以Ⅲ和Ⅳ为主，还有部分Ⅱ、Ⅴ围岩，围岩完整，稳定。
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加工机制砂原因：
1 由于周围150公里范围内河砂资源短缺，运距远,单价高。国家环保要求，禁止河道开采河砂。
1.隧道洞渣在利用，通过机械加工机制砂，减小运距，节约成本，补给机制砂供应。
机制砂加工：一台PE250X1000颚式破碎机-2台HPT多缸液压圆锥破-1台湿式直筒球磨机-1台滚筒洗砂设备
机制砂的质量及应用：机制砂石粉含量（MB≥1.40）一般在1.5%-2.5%之间，压碎指标15%-20%之间，此两项指标均JT/G819-2011中Ⅱ类技术要求，颗粒级配符合JT/G819-2011中Ⅰ类技术要求，细度模数一般在2.6-3.0。机制砂级配及质量较稳定，在郑西高速公路项目中已广泛的应用。通过项目业主及有关检测单位及相关专家讨论研究，机制砂在该项目可以用于C40及以下普通混凝土（桥梁工程，隧道工程，路基工程等）。下表是我项目机制砂与河砂用量比较表。
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一、新型加工的花岗岩机制砂混凝土的性能
1.花岗岩机制砂的制备及基本要求。花岗岩机制砂生产花岗岩机制砂是指经除土开采、机械破碎、筛分制成的粒径在4．75mm以下的花岗岩岩石颗粒。应选取Ⅲ级及以上类别、较为完整的花岗岩用于机制砂生产，花岗岩母岩强度要求花岗岩机制砂应采用开采的新鲜的花岗岩母岩制作，花岗岩机制砂的颗粒级配机制砂生产必须严格控制其粒形和颗粒级配。相对于天然砂而言，机制砂颗粒多呈棱角，颗粒的比表面积更大，颗粒与颗粒之间的摩擦力也更大，只有保证机制砂良好的连续级配和适中的细度模数，才能降低其颗粒间的空隙，更好的满足混凝土的施工和易性。
2.机制砂混凝土配合比设计。机制砂混凝土的配合比设计参照相关规范要求进行，针对花岗岩机制砂颗粒、石粉含量等特性，在规范基础上，通过试验对配合比进行适当调整，以更好的满足混凝土适用、合理、耐久、经济的工程需要。配置机制砂的混凝土选取级配范围在Ⅱ区级配范围的机制砂，细度模数控制在2．7～3．2范围内。因机制砂比表面积大、表面粗糙的特性，为保证机制砂的混凝土工作性能，与相同细度模数的天然砂相比较，应适当提高2%左右的砂率。花岗岩机制砂中石粉与外加剂、水泥的适应问题普遍存在，直接反应在混凝土拌合物坍落度经时损失大，在试配花岗岩机制砂混凝土配合比时，对混凝土拌合物进行坍落度损失试验尤为重要，一般情况下应将坍落度经时损失控制在30 mm/h 内，其温度环境也应该尽量与实际施工温度环境一致。设计配合比时，应在满足混凝土试配强度要求的前提下，结合施工工艺、混凝土运距及坍落度损失情况，适当提高混凝土的初始坍落度设计值，以满足花岗岩机制砂混凝土坍落度经时损失大的特性。采用3 种不同的坍落度(见表1)自下而上分3次浇筑时，浇筑的机制砂混凝土外观情况。1)通过适当调整花岗岩机制砂混凝土的砂率、外加剂及掺合料用量等，有利于改善机制砂混凝土的和易性与坍落度损失情况，其28d抗压强度较河砂混凝土强度略有提高。（2）通过坍落度试验选择最佳的坍落度，花岗岩机制砂试件与河砂试件的外观质量没有明显区别。说明采用机制砂取代河砂进行混凝土配合比设计是可行的，拌合物的工作性能、硬化混凝土力学性能都能够满足设计要求。
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（表1机制砂混凝土坍落度情况）
3.花岗岩机制砂混凝土施工质量控制。花岗岩机制砂颗粒表面粗糙、多棱角，且颗粒级配波动较大，所以机制砂混凝土的搅拌时间应在天然砂混凝土搅拌时间的基础上适当延长，建议延长30s。运输过程中的颠簸等容易加剧机制砂混凝土拌合物的离析，在混凝土到达现场后，建议高速旋转罐车，保证混凝土的工作性能。机制砂混凝土拌合物的水分蒸发速度比天然砂快，在大风的环境下水分蒸发更快，如果现场出现混凝土坍落度满足不了正常施工生产的情况，可在运输车罐内加入适量的与原配合比相同成分的减水剂，但严禁现场加水改变水灰比，这是现场混凝土构件强度达不到要求的主要原因，也将影响混凝土外观质量。针对机制砂混凝土的早期塑性收缩较大，承台、地系梁、盖梁等面层易出现干缩裂缝，在终凝之前宜采用抹面机械或人工多次抹压并及时采取保湿养护措施，避免产生干缩裂缝。经室内试验实践证明，未调整外加剂及矿物掺合料的机制砂混凝土表面气泡、蜂窝麻面较多，究其原因还是机制砂颗粒粗糙，比表面积大，砂浆的表面张力比天然砂要小，流动性差，在气泡破裂后，浆体不能及时填补造成表面气泡，如图1所示。为了进一步改善机制砂混凝土外观质量，现场采用了模板漆及特殊材料透水模板布进行辅助施工。透水模板布可以很好解决气泡眼、蜂窝麻面等质量通病，比模板漆效果要好，而且模板布可以满足对不同坍落度混凝土的浇注，坍落度进行试验柱浇注，试验柱的整体效果较为一致。但透水模板布混凝土的表面比模板漆混凝土的表面略显粗糙，光泽度不高，且透水模板布成本较高，对模板布黏贴的平整度要求较高，经比对现场选择使用模板漆施工，其效果也能满足施工质量要求，针对上述问题，除了控制机制砂本身质量外，可通过调整外加剂成分，例如在不影响混凝土工作性能的情况下掺入适当的消泡剂(一般为0．05%左右)以减少大气泡的存在，还可以通过掺加适量的粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等矿物掺合料，提高混凝土工作性能、降低单位用水量、提高混凝土后期强度、改善混凝土耐久性等很多优点，应用效果明显。
（图1 机制砂混凝土试件）
二、利用伏牛山隧道花岗岩洞渣加工机制砂应用
高速公路的组成部分，主要构筑物涵盖了隧道工程、桥梁工程、路基工程。隧道围岩级别以ＩＶ级和Ⅲ级围岩为主。项目部前期对当地石材情况进行了摸底，发现规模及质量较为有保障的天然砂场离工程所在地运距最短为１３０ｋｍ，其高昂的运价及捉襟见肘的生产能力与全线巨大的需求量之间产生了日益突出的矛盾。为保证工程合理有序的正常进行，资兴高速项目决定通过利用隧道Ⅲ级围岩花岗岩洞渣破碎生产机制砂来替代天然河砂使用。实践证明，通过合理的控制机制砂中石粉含量，调整外加剂掺量和性能、适当的掺入矿物掺合料，加强机制砂混凝土施工的管理与控制，配制的混凝土在工作性能上、结构强度等方面都能取得良好的施工效果，可以很好地取代天然砂。以下强度等级混凝土采用机制砂混凝土施工，已浇筑混凝土约５０００００ｍ３，应用效果良好，减少了天然砂供应不足对施工进度的影响，在保证工程质量的前提下，不但取得了较好的经济效益，而且减少了废渣倾倒对环境的破坏，赢得了良好的社会效益。
结束语：在多工况配合比试验的基础上，确定了花岗岩机制砂级配、石粉含量、细度模数、外加剂类型及掺量、掺和料、砂率、坍落度损失控制和初始坍落度等主要混凝土配合比设计参数，指导了工程应用。
参考文献：
［1］夏龙兴，吴蓉．机制砂与天然砂的性能研究［J］．混凝土，2018( 7):60－61．
［2］邸中新．机制砂在商品混凝土中的应用［J］．商品混凝土，2019(6):57 －58．