機制砂在西非國家港口項目中的應用

楊凱 王賢聰 中國港灣工程有限責任公司

1.工程概況

科特迪瓦和幾內亞地處西非國家，科特迪瓦阿比讓港口擴建項目主要工程內容：新建一座現代化的集裝箱碼頭，共3個泊位，碼頭結構按滿足未來12000TEU集裝箱船靠泊的需要建設。阿比讓港口擴建項目是中國港灣在科特迪瓦地區最大的項目，項目混凝土總方量約16×104m3，主要用于沉箱預制，灌注樁和胸墻澆筑，Core-loc預制及擋浪墻澆筑等。因此如何解決項目水泥及細集料的使用問題成了項目需考慮的首個難題和風險點。幾內亞科納克里集裝箱碼頭擴建工程項目是典型的重力式方塊碼頭，主要工作范圍為岸線長度約340m重力式方塊碼頭結構施工，港池疏浚與開挖、碼頭后方堆場吹填、軌道梁安裝、混凝土連鎖塊鋪面以及碼頭護岸工程施工等。

2.采用機制砂的原因

科特迪瓦阿比讓港口擴建項目：碼頭所處阿比讓瀉湖區，周邊沒有淡水河砂，瀉湖內有大量湖砂，多為細砂，且瀉湖與大西洋相連，瀉湖水為咸水，砂的氯離子含量等指標不滿足要求，且存在貝殼、有機質含量超標的風險，質量控制難度較大。項目用砂數量巨大，質量上要達到歐標控制標準，瀉湖區存在著天然砂資源日漸枯竭，轉運購買成本高，選用機制砂優勢明顯。

幾內亞科納克里集裝箱碼頭擴建工程項目：（1）項目所在地周邊河砂資源儲量較小，采砂場數量少、規模小、產量低，按照項目施工期的高峰用砂需求超過300m3/d，在采砂場保證正常供應的前提下，至少需提前3d備砂；（2）受項目所在地大雨季影響，每年6月～9月當地采砂場無法進行采砂施工，而此期間恰逢項目用砂需求高峰，若不能保證砂料供應，將嚴重影響項目總體工期；（3）當地石材資源豐富，國內與國外上均有采用機制砂施工的案例和較成熟的技術儲備，并且當地已有機制砂混凝土應用的成功案例。

綜合以上原因，最終兩項目確定采用機制砂，以滿足項目施工要求。

3.機制砂的優點

隨著自然砂源的減少和生態環境保護要求不斷提高，近年來機制砂的研究與應用越來越廣泛，和天然砂相比，機制砂具有如下優點：

（1）機制砂的生產可以就地取材，不受天然砂源儲量、開采及運輸等限制，可以與碎石生產相結合，有利于對生態環境的保護和提高礦產資源的綜合利用效率，具有較好的經濟應用價值。（2）可以通過引進先進的機制砂生產設備與生產工藝，根據不同工程技術質量要求，制備不同規格和級配的、質量穩定可靠的機制砂，無縫契合工程實際需要，有利于保障工程質量。（3）機制砂顆粒之間摩擦力與自鎖咬合力比較強，可以通過控制和調節機制砂的級配、石粉含量，提高混凝土的強度與性能，有利于降低工程施工成本。

4.機制砂的生產

4.1 機制砂母巖選擇

機制砂的母巖質量直接影響機制砂的性能和質量。母巖的化學物質成分直接決定機制砂是否存在有害化學物質以及堿集料反應活性，母巖的強度也將直接決定機制砂的強度/壓碎值。機制砂對母巖的強度要求比較高，軟巖和強風化巖石不適合用于制備機制砂，低強度的母巖只適合用于配置低強度混凝土。本項目采用的是當地片麻巖，試驗抗壓強度在120MPa以上，滿足規范規定的不良有害物質含量要求。

4.2 機制砂生產工藝

機制砂生產按照先后順序通常分為：粗碎、中碎、細碎、篩分和除粉塵等幾個環節。巖石破碎按照破碎方法與原理又分為擠壓法、劈裂法、折碎法、磨消法和沖擊法等。其篩分環節將直接決定機制砂的級配，振動篩的選擇直接影響機制砂的粒徑、形狀以及細度模數等重要參數。機制砂生產除粉塵分為干法除粉和濕法除粉兩種方式，是控制機制砂中粉塵含量的關鍵工序，可以根據混凝土等級和技術要求將石粉含量控制在合理范圍，達到改善混凝土性能的目的。經綜合比選，西非區域國家一般采用沖擊式與反擊式組合破碎機和濕法除粉。

4.3 機制砂生產質量控制要點

（1）嚴格控制母巖質量。母巖好壞直接影響機制砂的質量，選取母巖時要對進行詳實的勘察工作，對巖石抗壓強度、有機物含量、堿活性礦物含量等進行檢測與試驗，機制砂生產過程中要按批次進行取樣檢測，確保滿足技術要求。

（2）合理控制石粉含量。機制砂石粉含量過低或過高都會對混凝土的性能產生不利影響。石粉含量過低不僅會增加水泥和外加劑的用量，增加工程成本，而且會導致混凝土的粘聚性、流動性和易性差，坍落度小，使混凝土的抗裂性能降低，不利于施工質量控制；石粉含量過高會完全包裹骨料，導致混凝土的強度和耐久性降低，也會導致早期失水過大出現塑性收縮，產生干縮裂縫等問題。

（3）加強對壓碎指標、細度模數等關鍵參數的控制。機制砂的細度模數、級配和壓碎指標是影響機制砂混凝土性能的主要因素，因此應加強對機制砂的細度模數、級配和壓碎指標等參數的組批檢測和抽檢，確保滿足技術要求。本項目試驗發現，在細度模數控制在3.4～3.7之間且級配連續時，混凝土性能較佳。

（4）加強對機制砂的堆放與裝卸管理。在機制砂堆放和裝卸過程中，由于重力和外部裝卸力作用會產生砂料的離析現象，因此在生產、堆放和裝卸過程中必須要制定統一的操作規程，采取噴水、遞升式堆料等措施，降低機制砂在堆放、裝卸過程產生離析程度。

5.砂率配比設計

選取幾內亞科納克里集裝箱碼頭擴建工程項目的砂率配比設計進行介紹，由于機制砂的粒形、級配較河砂差（級配見表1），因此需提高適配混凝土的砂率，經過反復多次試驗，C30和C35等級的混凝土的砂率配比設計詳見表2。

表1 機制砂級配表

表2 砂率配比設計（kg）

6.機制砂施工質量注意事項

（1）嚴格控制機制砂生產質量，增大機制砂的檢測頻率，按照幾內亞科納克里集裝箱碼頭擴建工程實際情況，控制機制砂石粉含量在7%～12%之間，砂當量＞90%且亞甲基藍試驗＜1g/100g。對于不符合要求的材料堅決清場，從源頭保證預拌混凝土質量。

（2）提供足夠的場地以保證機制砂的堆放，使機制砂的含水率盡可能的均勻，避免因骨料含水率不均勻而導致的新拌混凝土質量波動。

（3）由于機制砂表面粗糙、棱角尖銳，應適當延長新拌混凝土的攪拌時間，保證混凝土的勻質性。

（4）嚴格控制聚羧酸高效減水劑的摻量，避免出現超慘現象，避免混凝土出現離析，泌水及抓地現象。

（5）嚴格控制振搗棒的振搗半徑及振搗時間。對于插入式振搗棒，做到快插慢拔，垂直點振，防止拖拉嚴防過振，振搗棒移動距離應不大于振搗棒直徑的1.5倍。

（6）加強構件初期養護，嚴防開裂。由于用機制砂配置的混凝土在現場施工過程產生的浮漿較普通混凝土多，且當地多風多雨強日曬，故更需加強初期養護，防止早期開裂。

7.結束語

機制砂在西非港口項目中的推廣及應用已是大勢所趨，只要嚴格控制機制砂的質量，合理選擇混凝土的配合比以及做到良好的施工控制，機制砂便能夠滿足項目技術規格書的各項要求，從而在缺少河砂等天然砂資源以及在對天然砂的開采具有嚴格限制的地區得以廣泛使用，具有較高的推廣應用價值。