項(xiàng)目自產(chǎn)機(jī)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(jī)制砂在建設(shè)中得到大量運(yùn)用，因其母材不同、加工設(shè)備配置不同，生產(chǎn)的機(jī)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(shè)的質(zhì)量控制難度加大。根據(jù)漢巴南鐵路HBNZQSG-6標(biāo)水泥混凝土所使用的制砂、用砂經(jīng)驗(yàn)總結(jié)歸納，文章就不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的母材選擇要求、級(jí)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(xiàng)等方面，規(guī)范機(jī)制砂的生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制活動(dòng)來保證質(zhì)量、降低工程造價(jià)。

關(guān)鍵詞 機(jī)制砂；質(zhì)量；管理

中圖分類號(hào) TU528.041文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）08-0167-03

0 引言

近年來，我國(guó)公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展迅猛，將實(shí)現(xiàn)黨的十九大報(bào)告提出“2020—2035年基本建成交通強(qiáng)國(guó)，2035—2050年全面建成交通強(qiáng)國(guó)”的遠(yuǎn)大目標(biāo)。

無論公路還是鐵路建設(shè)，都離不開水泥混凝土，混凝土是目前我國(guó)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(jī)制砂成為近年來工程建設(shè)主要的用砂原材料。但機(jī)制砂生產(chǎn)存在“小亂差”，品質(zhì)不一等現(xiàn)象，導(dǎo)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(biāo)項(xiàng)目實(shí)際，總結(jié)生產(chǎn)機(jī)制砂取得的機(jī)制砂質(zhì)量管理經(jīng)驗(yàn)與經(jīng)濟(jì)效益，探討生產(chǎn)機(jī)制砂質(zhì)量系統(tǒng)管理控制環(huán)節(jié)應(yīng)注意的問題，為以后更好運(yùn)用和管理機(jī)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(biāo)位于四川省東北部巴中市境內(nèi)，正線長(zhǎng)度21.036 km，其中隧道共7座（特長(zhǎng)隧道2座），橋梁6座（特大橋1座），共長(zhǎng)20.071 km，水泥混凝土約1 100 000 m3。

2 機(jī)制砂定義

在《建設(shè)用砂》（GB/T 14684—2022）中對(duì)機(jī)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(jī)械破碎、整形、篩分、粉控等工藝制成的，級(jí)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(jī)制砂質(zhì)量要求

機(jī)制砂的粒徑在0.075～4.75 mm之間的每一粒級(jí)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?？障堵试叫≡胶茫淞Ｐ谓咏烊惠^好。砂的規(guī)格按細(xì)度模數(shù)（Mx）分為粗、中、細(xì)、特細(xì)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(xì)砂為2.2～1.6 mm；特細(xì)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(jī)制砂質(zhì)量管理控制

我國(guó)機(jī)制砂質(zhì)量并不樂觀，主要呈現(xiàn)為品質(zhì)不一、級(jí)配不佳、石粉含量控制困難、砂中絮凝劑殘留量超標(biāo)等問題。為了合理利用機(jī)制砂資源，確保機(jī)制砂及其應(yīng)用配制混凝土質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)要求，該項(xiàng)目主要從以下幾個(gè)方面規(guī)范機(jī)制砂的生產(chǎn)管理和質(zhì)量控制活動(dòng)，最大限度減小環(huán)境破壞，降低工程造價(jià)。

4.1 機(jī)制砂生產(chǎn)質(zhì)量控制

4.1.1 機(jī)制砂生產(chǎn)場(chǎng)地建設(shè)

建場(chǎng)一般包括策劃、方案評(píng)審、建場(chǎng)驗(yàn)收、試生產(chǎn)與調(diào)試、產(chǎn)品驗(yàn)收五個(gè)方面。

（1）策劃：

①根據(jù)該項(xiàng)目地質(zhì)及施工設(shè)計(jì)圖，對(duì)該項(xiàng)目所需砂石估算（如表1所示）：

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

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

（2）方案評(píng)審：

①場(chǎng)地選擇：選址合理，綜合考慮入、出運(yùn)距，遠(yuǎn)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(zāi)害[3]。

②設(shè)備選擇：機(jī)制砂加工系統(tǒng)應(yīng)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(cè)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(yīng)的反擊式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)、分級(jí)振動(dòng)篩、攪拌混合機(jī)等工藝成熟的機(jī)制砂生產(chǎn)線，所選制砂設(shè)備的生產(chǎn)能力應(yīng)滿足項(xiàng)目生產(chǎn)機(jī)制砂的使用量及生產(chǎn)進(jìn)度要求。

③檢測(cè)要求：配備足夠的人員、設(shè)備，負(fù)責(zé)母巖質(zhì)量、生產(chǎn)過程質(zhì)量、成品機(jī)制砂出廠質(zhì)量的檢測(cè)和控制等相關(guān)要求。

（3）建場(chǎng)驗(yàn)收。針對(duì)場(chǎng)區(qū)布局、母巖來源、生產(chǎn)設(shè)備、工藝、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)檢測(cè)、質(zhì)量控制措施、環(huán)水保、安全等進(jìn)行綜合評(píng)估，驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行試生產(chǎn)及調(diào)試。

（4）試生產(chǎn)與調(diào)試。試驗(yàn)檢測(cè)人員應(yīng)及時(shí)對(duì)試生產(chǎn)的機(jī)制砂顆粒級(jí)配、石粉、粒形、細(xì)度模數(shù)等及時(shí)檢測(cè)，提出整改要求，以便及時(shí)調(diào)整生產(chǎn)設(shè)備。一般認(rèn)為，處于Ⅱ區(qū)級(jí)配的砂，其粗細(xì)適中，級(jí)配較好，是配制混凝土的最理想的級(jí)配區(qū)。

（5）產(chǎn)品驗(yàn)收。試生產(chǎn)的機(jī)制砂經(jīng)全面檢測(cè)合格后，才能全面生產(chǎn)，機(jī)制砂成品出廠時(shí)應(yīng)提供產(chǎn)品質(zhì)量合格證書。

4.1.2 機(jī)制砂生產(chǎn)的工藝流程

機(jī)制砂生產(chǎn)的工藝流程如圖1所示。

4.2 機(jī)制砂應(yīng)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(yàn)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(fēng)化巖、樹根、草皮等雜物混入，原料區(qū)與母巖存儲(chǔ)區(qū)有效分區(qū)，防母巖二次污染。

（2）母巖材性變化時(shí)或“外購(gòu)”母巖，須全面檢測(cè)母巖指標(biāo)。

（3）機(jī)制砂生產(chǎn)前應(yīng)對(duì)其母巖的飽水抗壓強(qiáng)度、吸水率、堅(jiān)固性、密度進(jìn)行檢測(cè)，每5 000 t或5個(gè)生產(chǎn)日為一批次。

4.2.2 機(jī)制砂級(jí)配的調(diào)整控制

機(jī)制砂生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備的維護(hù)，及時(shí)更換易磨損設(shè)備，穩(wěn)定機(jī)制砂的質(zhì)量。加強(qiáng)過程檢測(cè)，當(dāng)級(jí)配不佳，及時(shí)調(diào)整棒條喂料機(jī)或振動(dòng)給料機(jī)的篩條長(zhǎng)度、間距，清除細(xì)小破碎顆粒，指導(dǎo)生產(chǎn)。

4.2.3 機(jī)制砂石粉含量的控制

石粉含量控制在5%～10%，亞甲藍(lán)MB＜1.40 g/kg時(shí)，對(duì)C50以下各種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的和易性和強(qiáng)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(duì)于低標(biāo)號(hào)的水泥混凝土，石粉含量可以用到15%或更多些，關(guān)鍵在于控制亞甲藍(lán)MB值，使用亞甲藍(lán)MB值＜0.5 g/kg的石粉，效果最好。

表面粗糙、微級(jí)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(yīng)、保水效應(yīng)和潤(rùn)滑效應(yīng)。它使?jié){體密實(shí)，孔隙率減小，改善混凝土的和易性。最適合配制混凝土的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0，級(jí)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(xì)小的球形顆粒產(chǎn)生的滾珠作用又會(huì)改善混凝土和易性。因此不能將機(jī)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(yán)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(biāo)石粉，致使機(jī)制砂中殘留的絮凝劑量很高，對(duì)混凝土拌和物性能及強(qiáng)度造成不利影響。據(jù)試驗(yàn)比較，摻絮凝劑清洗機(jī)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(duì)混凝土各方面性能影響較小。

因此，在清洗機(jī)砂時(shí)，應(yīng)嚴(yán)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(duì)機(jī)砂及對(duì)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(duì)水的吸附不同，對(duì)減水劑和膠材的適應(yīng)性也不同，因此不同巖性機(jī)制砂應(yīng)分別設(shè)計(jì)配合比，做好不同配合比設(shè)計(jì)技術(shù)儲(chǔ)備，以適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的要求。

（2）配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選用與機(jī)制砂標(biāo)配曲線對(duì)應(yīng)的砂率，按“五點(diǎn)法”進(jìn)行機(jī)制砂混凝土的試配，即以機(jī)制砂標(biāo)配曲線對(duì)應(yīng)的砂率為中間值，上下每間隔2%選取一個(gè)砂率進(jìn)行混凝土拌和物和易性試驗(yàn)，以混凝土的和易性達(dá)到最佳為最優(yōu)砂率。

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

（4）采取摻粉煤灰或者礦物摻合料雙摻，適當(dāng)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(qiáng)度及耐久性需要。

5 機(jī)制砂檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過砂石加工場(chǎng)反復(fù)調(diào)整和多次取樣檢測(cè)，機(jī)制砂的顆粒級(jí)配滿足相關(guān)技術(shù)要求，細(xì)度模數(shù)控制在2.7～3.1之間。石粉、泥塊含量等檢測(cè)結(jié)果均滿足相關(guān)技術(shù)要求。

6 機(jī)制砂在該項(xiàng)目中的應(yīng)用

在該項(xiàng)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(jì)效益

經(jīng)測(cè)算，項(xiàng)目自產(chǎn)機(jī)制砂的到場(chǎng)成本價(jià)為115.8元/t，市場(chǎng)外購(gòu)機(jī)制砂到場(chǎng)價(jià)為133.5元/t，故為該項(xiàng)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(xiàng)目自產(chǎn)機(jī)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(xiàng)目管理多個(gè)部門，必須建立有效的質(zhì)量安全管理體系，控制好各個(gè)環(huán)節(jié)，充分利用可用資源來制備機(jī)制砂，不但為項(xiàng)目解決了砂石材料問題，更為項(xiàng)目創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)其粒度、級(jí)配和性能都具有可調(diào)控的特點(diǎn)，機(jī)制砂的應(yīng)用將越來越廣泛，因此這值得總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在探索中不斷改進(jìn)，在新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，相信機(jī)制砂的質(zhì)量會(huì)越來越好，為我國(guó)的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)和保障。

參考文獻(xiàn)

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