基于觀音閣水庫輸水工程人工砂亞甲藍質量控制措施研究

徐世亮

(本溪泓源供水有限責任公司，遼寧 本溪 117000)

遼寧省觀音閣水庫輸水工程，是觀音閣水庫與大伙房水庫輸水工程的配套工程，工程的主要任務是保障本溪市生活飲用水安全，解決本鋼、北臺鋼廠等大型企業(yè)存在的水量與水質安全問題，并為本溪市和本溪新城經(jīng)濟社會發(fā)展提供安全可靠的水源。在該工程建設中需要大量的碎石及砂，然而目前的天然砂不能滿足當前工程需要[1]。本根據(jù)對本溪市內人工砂現(xiàn)狀，通過人工砂市場調研，對主要料場的產品進行理化試驗和配合比試配，提出初步解決方案。

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程位于太子河干流上，是將已建的觀音閣水庫水經(jīng)過輸水隧洞及管線自流輸入到本溪市的大（2）型Ⅱ等工程。工程位于在本溪市管轄區(qū)，主要有：一座取水頭部、頭部壓力隧洞、輸水管線、一座電站、無壓隧洞、四座配水站及分支管線等幾部分組成[2]。管道大部分沿河敷設，采用雙管同槽的方式，個別地段采用單根外包混凝土鋼管，工程輸水線路主干線長度41.5 km，分支管線長度49.8 km。

考慮工程運行年限及周邊居民安全，建設單位質量管理部門高標準、嚴要求，嚴格按照水利水電建設相關規(guī)范管理工程的質量。然而，經(jīng)過調查，發(fā)現(xiàn)本溪市內的天然河沙細度模數(shù)偏大，含泥量偏高，幾乎處于臨界值，且價格偏貴，不能滿足當前工程的需要[3]。

2 人工砂亞甲藍現(xiàn)狀

機制砂，又稱人工砂。機制砂、混合砂主要應用于建筑、市政、交通、等建設工程中的C60 及以下強度等級的混凝土。在滿足相應的技術要求時，亦可用于港口和水利等混凝土工程。機制砂：由機械破碎、篩分制成的，粒徑小于4.75 mm 的巖石顆粒，細度模數(shù)2.4～2.8，表面含水率＜6%，但不包括軟質巖，風化巖的顆粒。

由設計單位現(xiàn)場代表、建設單位技術負責人、監(jiān)理單位副總監(jiān)和施工單位技術代表，利用一周的時間對本溪市地區(qū)主要碎石場進行專門的實地考察，通過料場實際踏勘，對母材、生產工藝、產成品等進行詳細的調研，對關鍵環(huán)節(jié)的母材、中間產品和產成品全部取樣送檢，對主要碎石場生產的人工砂進行抽樣檢測[4]。

2.1 母材供應

本溪市為山區(qū)城市，市內石灰石礦、鐵礦分部廣泛，規(guī)模以上生產廠家眾多，一般施工工地距最近產地距離均小于20 km，近者可達1 km～5 km。

各家碎石場母料來源大致分為兩種：（1）石灰石礦專業(yè)生產碎石，母材供應充足；（2）位于鐵礦開采區(qū)內，礦山排巖排渣料源供應充足。母材理化指標均符合相關標準。

2.3 產能

碎石場生產設備為顎式破碎機時，每條生產線產能為：碎石20000 m3/月，副產品為石粉，出粉率低，約為500 m3/月，由于受設備及生產工藝限制，該型生產線不具備批量生產能力。

顎式破碎機一臺搭配小型制砂機一臺的產能為：碎石10000 m3/月，副產品為石粉（可作為人工砂使用），出粉率低，約為1000 m3/月，由于受設備及生產工藝限制，該型生產線不具備批量生產能力。

2.4 價格信息

目前市場上運費約為 0.6 元 /(m·3km)～0.8 元 /(m3·km)。人工砂成品約 18 元 /m3。天然河砂成品約80 元/m3～150 元/m3。

目前市場上運費根據(jù)車型不同，約為0.6 元/(m3·km)～0.8元 /(m3·km)。人工砂成品約 18 元 /m3～40 元 /m3。天然河砂成品約65 元/m3～120 元/m3。具體市場調研信息見表1。

表1 天然河砂與機制砂市場信息表

2.5 質量現(xiàn)狀

目前市場上各企業(yè)所使用的原材料均未采用純凈巖石作為母材，均為礦山排渣和排巖，夾帶大量山皮泥土，生產的成品人工砂均為破碎碎石產生的廢棄副產品—石粉，不是正規(guī)的機制砂，石粉中含山皮土比例較高、膨脹性黏土比例較大，膨脹性黏土會嚴重影響膠凝材料與粗細骨料的握裹力，導致混凝土強度降低、耐久性差、和易性差，且會從混凝土內部造成膨脹漲裂破壞[5]。

石粉和泥均為0.075 mm 以下粒徑，水工實驗無法進行區(qū)分，根據(jù)根據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程SL352-2006》規(guī)定，人工砂石粉含量在6%～18%為合格，但并未規(guī)定石粉中含泥量指標，所以人工砂檢測合格而混凝土檢測不合格的現(xiàn)象時有發(fā)生。然而在國標和電力系統(tǒng)水工混凝土等規(guī)范中明確規(guī)定了石粉中不能含有膨脹性黏土即泥的成分，例如《建設用砂》GBT_14684-2011、《水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程》DL/T 5151-2014，早在2002 年便規(guī)定使用亞甲藍實驗MB 值檢測石粉中含泥量指標為硬性指標。依據(jù)《建設用砂》GBT_14684-2011對主要料場的人工砂進行檢測。結果表明：本溪市內主要料場人工砂MB 值均值為5.1。根據(jù)已有資料和相關實驗，MB 值越大，石粉中含泥量越大。見表2、表3。

表2 石粉含量和泥塊含量（MB 值≤1.4 或快速法試驗合格）

表3 石粉含量和泥塊含量（MB 值＞1.4 或快速法試驗不合格）

機制砂MB 值≤1.4 或快速法試驗合格時，石粉含量和泥塊含量應符合表1 的規(guī)定；機制砂MB 值＞1.4 或快速法試驗不合格時，石粉含量和泥塊含量應符合表2 的規(guī)定。

配制水工混凝土配合比實驗時發(fā)現(xiàn)，盲目的用水洗去石粉中細顆粒物質，會導致人工細骨料級配不良，細顆粒減少，比表面積降低，導致混凝土泌水率高、保水性差、和易性極差，滿足不了施工要求，使用水洗人工砂不能配置出合理的配合比。水洗機制砂也會產生大量的污水，污水處理起來異常繁瑣；直接排放也不滿足環(huán)保部門的相關規(guī)定。

3 改進措施

根據(jù)調研情況，對該問題進行深入探討，確定將初次破碎產生的石粉中含山皮土量、微膨脹性黏土量較大，完全廢棄。改進生產工藝，引進了一臺12-520t/h 型專用制砂設備，將初次破碎產生的潔凈碎石進行二次破碎，二次破碎產生的機制砂方為潔凈的不含泥的優(yōu)質機制砂，經(jīng)亞甲藍實驗檢測MB 值和石粉含量能夠滿足人工細骨料質量標準的。檢測結果如表4。

表4 亞甲藍實驗檢測結果

通過上述論述排除了水洗的方案，并對人工砂生產工藝提出改進。

初次破碎產生的石粉中含山皮土量、微膨脹性黏土量較大，應完全廢棄。因此需要碎石場改進生產工藝，引進國內外先進的專用優(yōu)質制砂設備和成熟技術，將初次破碎產生的潔凈碎石進行二次破碎，二次破碎產生的機制砂方為潔凈的不含泥的優(yōu)質機制砂，經(jīng)亞甲藍實驗檢測MB 值和石粉含量能夠滿足人工細骨料質量標準的，方可進行試配，根據(jù)實驗結果決定是否能夠用于本市水利工程混凝土施工。

4 結語

石粉中含泥量較大，不能滿足細骨料質量標準，不能用于水利水電工程混凝土施工。水利工程應以采用天然砂為宜。同時，隨著天然砂資源的枯竭，機制砂不管是從經(jīng)濟合理性還是儲量方面，替代天然砂都勢在必行。