項目自產(chǎn)機制砂的質(zhì)量管理探討

唐愛華

摘要 由于天然砂資源減少，機制砂在建設中得到大量運用，因其母材不同、加工設備配置不同，生產(chǎn)的機制砂質(zhì)量良莠不齊，造成混凝土拌和物性能不穩(wěn)定，使施工建設的質(zhì)量控制難度加大。根據(jù)漢巴南鐵路HBNZQSG-6標水泥混凝土所使用的制砂、用砂經(jīng)驗總結(jié)歸納，文章就不同強度等級的混凝土的母材選擇要求、級配控制方法、環(huán)保要求等各環(huán)節(jié)中的常見問題、注意事項等方面，規(guī)范機制砂的生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制活動來保證質(zhì)量、降低工程造價。

關鍵詞 機制砂；質(zhì)量；管理

中圖分類號 TU528.041文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）08-0167-03

0 引言

近年來，我國公路、鐵路等基礎設施發(fā)展迅猛，將實現(xiàn)黨的十九大報告提出“2020—2035年基本建成交通強國，2035—2050年全面建成交通強國”的遠大目標。

無論公路還是鐵路建設，都離不開水泥混凝土，混凝土是目前我國乃至世界上用量很大的建筑結(jié)構(gòu)材料，砂是組成混凝土材料之一，受天然砂資源限制，機制砂成為近年來工程建設主要的用砂原材料。但機制砂生產(chǎn)存在“小亂差”，品質(zhì)不一等現(xiàn)象，導致混凝土出現(xiàn)和易性差、孔隙率大，水泥超耗，混凝土開裂等質(zhì)量問題。該文結(jié)合新建鐵路漢巴南HBNZQSG-6標項目實際，總結(jié)生產(chǎn)機制砂取得的機制砂質(zhì)量管理經(jīng)驗與經(jīng)濟效益，探討生產(chǎn)機制砂質(zhì)量系統(tǒng)管理控制環(huán)節(jié)應注意的問題，為以后更好運用和管理機制砂提高工程質(zhì)量提供幫助。

1 工程概況

新建鐵路漢巴南HBNZQSG-6標位于四川省東北部巴中市境內(nèi)，正線長度21.036 km，其中隧道共7座（特長隧道2座），橋梁6座（特大橋1座），共長20.071 km，水泥混凝土約1 100 000 m3。

2 機制砂定義

在《建設用砂》（GB/T 14684—2022）中對機制砂（manufactured sand）的定義為：以巖石、卵石、礦山廢石和尾礦等為原料，經(jīng)除土處理，由機械破碎、整形、篩分、粉控等工藝制成的，級配、粒形核石粉含量滿足要求且粒徑小于4.75 mm的顆粒[1]。

3 機制砂質(zhì)量要求

機制砂的粒徑在0.075～4.75 mm之間的每一粒級均有一定的百分比要求，小于0.075 mm的石粉含量有一定的限制。空隙率越小越好，其粒形接近天然較好。砂的規(guī)格按細度模數(shù)（Mx）分為粗、中、細、特細四種規(guī)格[1]，其中：粗砂為3.7～3.1 mm；中砂為3.0～2.3 mm；細砂為2.2～1.6 mm；特細砂為1.5～0.7 mm。砂的類別按其技術(shù)要求分為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類。

4 機制砂質(zhì)量管理控制

我國機制砂質(zhì)量并不樂觀，主要呈現(xiàn)為品質(zhì)不一、級配不佳、石粉含量控制困難、砂中絮凝劑殘留量超標等問題。為了合理利用機制砂資源，確保機制砂及其應用配制混凝土質(zhì)量滿足設計和標準要求，該項目主要從以下幾個方面規(guī)范機制砂的生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制活動，最大限度減小環(huán)境破壞，降低工程造價。

4.1 機制砂生產(chǎn)質(zhì)量控制

4.1.1 機制砂生產(chǎn)場地建設

建場一般包括策劃、方案評審、建場驗收、試生產(chǎn)與調(diào)試、產(chǎn)品驗收五個方面。

（1）策劃：

①根據(jù)該項目地質(zhì)及施工設計圖，對該項目所需砂石估算（如表1所示）：

②用于生產(chǎn)機制砂的母巖應為石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、玄武巖等潔凈、質(zhì)地堅硬、無軟弱顆粒及無風化石的巖石；不能使用泥巖、頁巖、板巖等軟質(zhì)巖或風化的巖石來生產(chǎn)機制砂；巖性多變、夾層多的礦山也不宜用來生產(chǎn)機制砂；加工成碎石時巖石抗壓強度大于等于1.5倍混凝土抗壓強度等級[2]。

③根據(jù)該項目在巴中市南江縣初選的礦山所取母巖的巖性、抗壓強度等相關檢測結(jié)果（如表2所示），綜合得出利用挖石方制備機制砂是可行的。

（2）方案評審：

①場地選擇：選址合理，綜合考慮入、出運距，遠離居民區(qū)，但需有通路、通水、通電，確保開采與制砂作業(yè)的安全，涉及農(nóng)田、森林及污水排放要符合環(huán)水保政策，避開地質(zhì)災害[3]。

②設備選擇：機制砂加工系統(tǒng)應包括除土系統(tǒng)、給料系統(tǒng)、破碎系統(tǒng)、篩分系統(tǒng)、整形制砂系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、生產(chǎn)質(zhì)量監(jiān)測信息化系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)等[3]。根據(jù)母巖種類及性能，選用相適應的反擊式破碎機、圓錐式破碎機、分級振動篩、攪拌混合機等工藝成熟的機制砂生產(chǎn)線，所選制砂設備的生產(chǎn)能力應滿足項目生產(chǎn)機制砂的使用量及生產(chǎn)進度要求。

③檢測要求：配備足夠的人員、設備，負責母巖質(zhì)量、生產(chǎn)過程質(zhì)量、成品機制砂出廠質(zhì)量的檢測和控制等相關要求。

（3）建場驗收。針對場區(qū)布局、母巖來源、生產(chǎn)設備、工藝、技術(shù)標準、試驗檢測、質(zhì)量控制措施、環(huán)水保、安全等進行綜合評估，驗收合格后方可進行試生產(chǎn)及調(diào)試。

（4）試生產(chǎn)與調(diào)試。試驗檢測人員應及時對試生產(chǎn)的機制砂顆粒級配、石粉、粒形、細度模數(shù)等及時檢測，提出整改要求，以便及時調(diào)整生產(chǎn)設備。一般認為，處于Ⅱ區(qū)級配的砂，其粗細適中，級配較好，是配制混凝土的最理想的級配區(qū)。

（5）產(chǎn)品驗收。試生產(chǎn)的機制砂經(jīng)全面檢測合格后，才能全面生產(chǎn)，機制砂成品出廠時應提供產(chǎn)品質(zhì)量合格證書。

4.1.2 機制砂生產(chǎn)的工藝流程

機制砂生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示。

4.2 機制砂應用過程質(zhì)量控制

4.2.1 母巖質(zhì)量控制

（1）加工前，母巖經(jīng)專人驗收，不得選用夾層含泥較多、巖石分層成片狀等質(zhì)量差的母巖，不得有泥土、風化巖、樹根、草皮等雜物混入，原料區(qū)與母巖存儲區(qū)有效分區(qū)，防母巖二次污染。

（2）母巖材性變化時或“外購”母巖，須全面檢測母巖指標。

（3）機制砂生產(chǎn)前應對其母巖的飽水抗壓強度、吸水率、堅固性、密度進行檢測，每5 000 t或5個生產(chǎn)日為一批次。

4.2.2 機制砂級配的調(diào)整控制

機制砂生產(chǎn)過程中應加強設備的維護，及時更換易磨損設備，穩(wěn)定機制砂的質(zhì)量。加強過程檢測，當級配不佳，及時調(diào)整棒條喂料機或振動給料機的篩條長度、間距，清除細小破碎顆粒，指導生產(chǎn)。

4.2.3 機制砂石粉含量的控制

石粉含量控制在5%～10%，亞甲藍MB＜1.40 g/kg時，對C50以下各種強度等級的混凝土的和易性和強度都能起到較好的作用，不是所有混凝土都必須減少石粉用量，對于低標號的水泥混凝土，石粉含量可以用到15%或更多些，關鍵在于控制亞甲藍MB值，使用亞甲藍MB值＜0.5 g/kg的石粉，效果最好。

表面粗糙、微級配完整的石粉有較高的親水性，在混凝土的界面起到很好的填充效應、保水效應和潤滑效應。它使?jié){體密實，孔隙率減小，改善混凝土的和易性。最適合配制混凝土的機制砂細度模數(shù)為2.6～3.0，級配為Ⅱ區(qū)。石粉含量高一方面使砂的比表面積增大，增加用水量；另一方面，細小的球形顆粒產(chǎn)生的滾珠作用又會改善混凝土和易性。因此不能將機制砂中的石粉片面地視為有害物質(zhì)（如圖2、圖3所示）。

4.2.4 絮凝劑用量與殘留量控制

近幾年，由于環(huán)保嚴管，砂石廠大量采用絮凝劑加速污水沉淀處理后循環(huán)利用來洗去砂中的超標石粉，致使機制砂中殘留的絮凝劑量很高，對混凝土拌和物性能及強度造成不利影響。據(jù)試驗比較，摻絮凝劑清洗機砂，不同種類的絮凝劑適用范圍不同，聚氯化鋁（PAC）用量控制在0.01%以下，陰離子型聚丙烯酰胺（PAM）控制在0.02%以下，對混凝土各方面性能影響較小。

因此，在清洗機砂時，應嚴格控制絮凝劑的用量，并將絮凝劑放入用專用容器稀釋后排入待處理污水中，力求將絮凝劑殘留量對機砂及對混凝土的不良影響降到最低（如圖4所示）。

4.2.5 配合比管理

（1）不同巖性母巖對水的吸附不同，對減水劑和膠材的適應性也不同，因此不同巖性機制砂應分別設計配合比，做好不同配合比設計技術(shù)儲備，以適應不同結(jié)構(gòu)的要求。

（2）配合比設計時應選用與機制砂標配曲線對應的砂率，按“五點法”進行機制砂混凝土的試配，即以機制砂標配曲線對應的砂率為中間值，上下每間隔2%選取一個砂率進行混凝土拌和物和易性試驗，以混凝土的和易性達到最佳為最優(yōu)砂率。

（3）定期檢查機制砂生產(chǎn)線，充分熟悉制砂設備特性，調(diào)整生產(chǎn)工藝參數(shù)，獲得更適宜的機制砂級配、石粉含量、粒形等來保證配合比的適應性。

（4）采取摻粉煤灰或者礦物摻合料雙摻，適當調(diào)整減水劑摻量和砂率以及粗集料的比例等方式調(diào)整施工配合比，以滿足拌和物性能、強度及耐久性需要。

5 機制砂檢測結(jié)果

經(jīng)過砂石加工場反復調(diào)整和多次取樣檢測，機制砂的顆粒級配滿足相關技術(shù)要求，細度模數(shù)控制在2.7～3.1之間。石粉、泥塊含量等檢測結(jié)果均滿足相關技術(shù)要求。

6 機制砂在該項目中的應用

在該項目中，根據(jù)混凝土的不同部位及施工工藝，C30采用不同的水膠比，其配合比及拌和物工作性如表3、表4所示：

7 經(jīng)濟效益

經(jīng)測算，項目自產(chǎn)機制砂的到場成本價為115.8元/t，市場外購機制砂到場價為133.5元/t，故為該項目節(jié)約成本=1 100 000 m3×0.88 t/m3×（133.5～115.8）元/t=17 133 600元。

8 結(jié)語

項目自產(chǎn)機制砂母巖材質(zhì)穩(wěn)定，易于質(zhì)量控制及管理，但其質(zhì)量管理與控制涉及項目管理多個部門，必須建立有效的質(zhì)量安全管理體系，控制好各個環(huán)節(jié)，充分利用可用資源來制備機制砂，不但為項目解決了砂石材料問題，更為項目創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。根據(jù)其粒度、級配和性能都具有可調(diào)控的特點，機制砂的應用將越來越廣泛，因此這值得總結(jié)經(jīng)驗，在探索中不斷改進，在新標準實施后，相信機制砂的質(zhì)量會越來越好，為我國的交通基礎設施建設提供堅實的基礎和保障。

參考文獻

[1]建設用砂： GB/T 14684—2022[S]. 北京：中國標準出版社， 2022.

[2]鐵路混凝土： TB/T 3275—2018[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2018.

[3]鐵路機制砂場建設技術(shù)規(guī)程： Q/CR 9570—2020[S]. 北京：中國鐵道出版社， 2020.