1、LOW CARBON WORLD 2022/12大龙头山机制砂生产工艺及应用陈行兵（福州永升工程管理有限公司，福建 福州 350007）【摘要】根据漳州厦蓉高速改扩建工程A5标大龙头山隧道洞渣自产机制砂的实际应用情况，结合设计、规范及福建省标准化指南对原材料各项指标的要求，介绍机制砂的生产工艺，阐述机制砂的技术参数和在混凝土生产中的应用。该项目机制砂生产质量良好，生产过程顺利，运用效果显著，对今后具备自产条件的项目具有一定的指导意义。【关键词】机制砂；生产工艺；应用；技术参数【中图分类号】TU521【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2022）12-0157-030引言随着社会经济
2、发展，基建工程大力建设，所需的原材料资源愈来愈匮乏，而社会用砂量越来越大，天然河砂被大量开采，导致河流生态环境和水资源遭到严重破坏，资源环境问题日趋严重。寻找天然河砂的替代品，是保护资源的出路。人工生产的机制砂是利用开采、开挖的岩石（不包括软质岩、风化岩等低强度的岩石）母材经过除土处理，再进行机械破碎、筛分而成的岩石颗粒。机制砂的公称粒径小于 5 mm，和天然河砂一样，是混凝土组成的主要材料，机制砂的利用既环保又经济。厦蓉高速改扩建工程漳州段大龙头山隧道围岩为微风化花岗岩（属火成岩类），岩石抗压强度在80 MPa 以上，隧道开挖产生的隧道洞渣，是生产机制砂较为理想的母材。经实践，该隧道洞渣所生
3、产的机制砂的各项指标均满足规范及设计要求。鉴于厦蓉高速周边集料资源匮乏的情况，采用机制砂代替天然河砂，产生了良好的社会效应，解决了洞渣弃置难题，节约周边天然河砂资源的同时降低了混凝土生产成本，具有较大的运用与推广意义。1机制砂试验检测基本要求（1）当前机制砂使用需同时满足国家标准 建设用砂（GB/T 146842022）、交通运输行业标准 公路工程机制 砂 混 凝 土 应 用 技 术 规 范（DB15/T18682020）和公路桥涵施工技术规范（JTG/T36502020）3 个标准。（2）由于各行业规范、标准要求存在检测项目参数不一致等问题，福建省高速公路建设总指挥部为了统一要求，下发了机制
4、砂执行标准的相关文件，对福建省高速公路建设用的机制砂进行统一管理。2自产机制砂基本特点及生产工艺过程控制机制砂生产流程：石料进料仓震动给料颚式破碎冲击破碎圆振动筛过筛洗砂机成品1。2.1机制砂的特性（1）机制砂颗粒形状大多为棱角体，粒径较均匀一致。机制砂生产中一般含有石粉，合理控制石粉含量，有助于提升混凝土整体性能。（2）采用相同母材生产的机制砂与碎石，由于两者的母岩热学性能基本一致，对大体积混凝土的生产具有较好的热量控制效果，能够进一步改善大体积混凝土的热效应。（3）经检测发现，机制砂的细度模数和石粉含量具有负相关性，石粉含量越高，细度模数越小；石粉含量越小，则细度模数越大。2.2机制砂生产
5、过程质量变化情况（1）大龙头山隧道洞渣自产机制砂前期生产出来的碎石与机制砂含泥量超标，石粉含量大于 15%，机制砂级配差，细度模数在大于 3.5，粒径 4.75 mm以上颗粒占 23%，严重不满足规范要求。（2）提高机制砂的抽检频率，跟踪级配、石粉含量和压碎指标的变化，进一步保证机制砂的生产质量。在机制砂的生产过程中，为了能有效除去黏附在集料中的大部分泥尘和石粉，确保机制砂的级配良好，需要保证石粉粒径小于 0.075 mm，细度模数宜控绿色交通157DOI:10.16844/10-1007/tk.2022.12.054LOW CARBON WORLD 2022/12制在 2.63.3。（3）依
6、据前期所生产机制砂的检测结果、设备及工艺，采取相应的改善措施。水洗机制砂设备存在网孔过大的问题，施工人员进行换网处理时，可采用直径约 0.4mm 的网格，确保机制砂的级配良好。在原有基础上再加了一道水车式滚动水洗，共有 3 道水洗工艺，把残留的泥和石粉洗掉，第一道工艺先洗除母材外表黏附的泥尘，第二、第三道工艺洗除破碎后产生的石粉，使机制砂细度模数和级配符合规范要求2-3。3机制砂检测结果（1）经外委有资质的检测单位检测，亚甲蓝值MB 值为 1.3，石粉含量为 5.9%，满足建设用砂（GB/T 146842022）标准要求；坚固性及有害物质试验结果满足公路工程机制砂混凝土应用技术规范（DB15/
7、T 18682020）标准要求；机制砂细度模数为 3.28，属于粗砂4。（2）经过设备及生产工艺的改善，大幅降低了机制砂的石粉含量、细度模数。（3）外委检测由福州建通工程试验检测有限公司进行，表观密度、堆积密度、空隙率、泥块含量、抗压强度、有机质含量、硫化物含量、磨光值等各项指标均符合规范及福建省高速标准化指南要求。4天然砂及机制砂规范参数要求天然砂及机制砂规范参数要求如表 1 所示。序号试验项目基本要求交通运输行业标准（DB15/T18682020）技术要求（参数）类（C60）类（C30C60）类（C60）类（C30C60）类（C60）类（C30C60）类（C30）1表观密度/（kg m-3
8、）2 5002自然堆积密度/（kg m-3）1 4003空隙率/%454坚固性人工砂单级最大压碎值指标/%20252025202530采用硫酸钠溶液法进行试验/%6.08.010.05石粉含量（亚甲蓝值）/%MB 值1.4 或快速法试验合格10.010.0满足 建设用砂（GB/T146842022）MB 值1.4 或快速法试验合格5.07.0MB 值1.4 或快速法试验不合格1.03.0MB 值1.4 或快速法试验不合格2.03.06泥块含量/%0.51.001.000.51.07天然砂含泥量/%2.03.01.03.08有害物质云母/%1.02.01.02.01.02.02.0轻物质/%1.
9、01.01.01.0有机物含量是否合格合格合格合格合格合格合格合格硫化物及硫酸盐（按SO3）/%1.01.00.50.5氯化物（以氯离子计）/%0.010.020.010.020.010.020.06公路桥涵施工技术规范（JTG/T 36502020）技术要求（参数）建设用砂（GB/T 146842022）技术要求（参数）2 5001 35047类（C30）3010.010.05.02.05.02.01.0合格1.00.062 5001 40044类（C30）3010.010.05.02.05.02.01.0合格0.50.068.08.08.08.00.50.50.5111表1天然砂及机制砂规
10、范参数要求5机制砂的应用（1）应按照 普通混凝土配合比设计规程（JGJ552011）进行机制砂混凝土配合比设计，在普通混凝土设计的基础上，检测机制砂中的石粉含量，通过调整混合料中的砂率，掺入高性能外加剂、粉煤灰等外掺料，在合理水灰比条件下，配制易性好、泵送性好、强度度、耐久性高的混凝土，同时做到坍落度损失小。（2）经试验总结，机制砂混凝土的砂率较普通混凝土高 2%4%，宜在 38%46%。机制砂混凝土砂率应根据机制砂自身颗粒级配、细度模数、石粉含量，并按所选水灰比及碎石最大粒径通过试验确定。当机制砂的细度模数、级配或石粉含量发生变化，应及时调整砂率，用于泵送混凝土的砂率应相应增加。配绿色交通1
11、58LOW CARBON WORLD 2022/12制机制砂混凝土时，优先选用类砂，当采用类砂时，应提高砂率，并确保足够的胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性；泵送混凝土用机制砂宜选用中砂，机制砂混凝土的和易性对用水量和砂率的变化相当敏感。（3）当机制砂的级配不良、用水量偏高、砂率选择不当、减水剂掺量过高时，易引发机制砂混凝土在出料、卸料过程中产生离析、泌水现象。在相同的水灰比和砂率条件下，机制砂混凝土坍落度要小于普通河砂混凝土，机制砂混合了的需水量比天然河砂宜增加 510 kg/m3。机制砂中的石粉是可以作为混凝土混合料的优质填料，这是因为石粉不具有活性，但提高了混凝土混合料的密实度，增强了水
12、泥浆与骨料之间的黏结力，还能改善混凝土的孔隙结构，提高混凝土的抗渗性能。（4）为保证施工配合比的有效性，试验人员应检测砂及碎石的含水率，按照实测的含水率调整施工配合比，混凝土搅拌站应严格依据试验室发出的开盘单，按正确的配料工艺顺序进行拌和制料。（5）混凝土搅拌站的自动计量系统要按规定期限定期进行标定，在每次开盘前要校准一次，确保计量精确，计量最大偏差要求：水泥、水粉、煤灰在1以内，粗、细集料在2以内，外加剂在0.5内。搅拌设备和搅拌时间是影响机制砂混凝土质量的一个重要因素，机制砂混凝土不得使用自落式搅拌机拌制，宜采用大型搅拌站或强制式搅拌机，搅拌时间应比普通混凝土延长 2060 s，控制在 9
13、0150 s，拌制高性能混凝土宜采用上限。混合料的投料顺序宜为：粗集料细集料水泥或矿物掺和料投入（搅拌约30 s）拌和水（搅拌约 3045 s）外加剂（搅拌约30 s），并保证混凝土搅拌均匀。（6）原配合比属于河砂并单掺配置的混凝土，机制砂棱角性使混凝土和易性偏差，通过试验采用粉煤灰和矿粉双掺，能有效改善混凝土的和易性，与前期生产的机制砂设计的配合比相比，采用双掺设计配合比后，每立方米混凝土将节约不低于 5 kg 的水泥用量。在满足现场施工，保证质量的情况下对配合比进行优化，节约成本。（7）通过试验室对配合比拌和物性能检测，机制砂泵送混凝土配合比能满足现场泵送施工工艺，结合现场实际施工情况，拌
14、制混凝土输送效果良好。6机制砂使用过程中的质量控制措施（1）对自产的机制砂，应按同一生产工艺同一批次，以 400 m3作为一个抽检批次，做好日常抽检，把控原材料质量5。（2）自产的机制砂应当按照试验管理办法和福建高速标准化指南的取样方法进行抽检，对其密度、孔隙率、亚甲蓝含量、泥块含量和有害物质等相关指标进行检验。检测参数严格参照 天然砂规范参数表。（3）机制砂应严格控制原材料的洁净程度，应避免在运输和存放过程中混入其他杂质。机制砂存放时，应按照产地和规格进行分类堆放，存放在料仓时应避免混仓。7结语本文依据福建漳州厦蓉高速 A5 标大龙头山自产机制砂的实际案例，分析机制砂的各项参数要求及在混凝土
15、生产中的应用方法，跟踪机制砂对其生产的混凝土的性能影响，采取检测措施进行整体质量跟踪，大龙头山自产机制砂质量优良，所配置的混凝土和易性较好，后期实体强度、耐久性得到保障。根据该项目运营过程跟踪，混凝土整体质量、外观质量优良，大龙头山机制砂自产工艺对后续的自产机制砂技术提供指导、参考价值，进一步促进自产机制砂工艺在工程中的推广与应用。参考文献1 李志军，崔云财.机制砂的应用前景J.黑龙江交通科技，2012，35（12）：56-56.2 郑忠双.机制砂混凝土应用研究现状及存在问题分析J.福建建设科技，2011（2）：63-65.3 张新冉，邱文会，邱润泽.机制砂及机制砂混凝土应用与探讨J.建材与装饰，2020（18）：51-52.4 陈家珑，周文娟，牛威，等.建设用砂（GB/T 146842011）修订解析J.建筑技术，2012，43（7）：591-594.5 宁朝阳，刘龙龙，胥琳琳，等.国内外机制砂和机制砂混凝土应用技术指标研究J.交通节能与环保，2021，17（5）：92-97，122.作者简介：陈行兵（1986），男，汉族，福建仙游人，本科，主要从事交通工程、高速公路工作。绿色交通159