曹云彩（上海先行建設(shè)監(jiān)理有限公司， 上海 200070）

0 引 言

隨著國家對(duì)鐵路、公路及水利水電等基礎(chǔ)設(shè)施的大量建設(shè)，砂石地材的用量急劇增加。天然河砂是短期內(nèi)不可再生的資源，不斷開采致使河砂日益匱乏，同時(shí)對(duì)河道環(huán)境產(chǎn)生了破壞，為保護(hù)生態(tài)環(huán)境和河道安全，保護(hù)資源，不少地方政府采取限采、禁采措施，為解決這一突出矛盾，目前，施工單位充分利用隧道洞渣自制機(jī)制砂，作為混凝土細(xì)骨料大量使用。

為更好地監(jiān)控機(jī)制砂質(zhì)量及對(duì)機(jī)制混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，監(jiān)理單位應(yīng)從場地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、加工破碎設(shè)備配置、管理機(jī)構(gòu)建立和人員資源配置、加工工藝流程、加工質(zhì)量控制及機(jī)制砂混凝土配合比的設(shè)計(jì)優(yōu)化等方面，要求施工單位嚴(yán)格執(zhí)行國家和行業(yè)現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，監(jiān)理單位應(yīng)在機(jī)制砂場配備專職試驗(yàn)工程師，做好工序驗(yàn)收和質(zhì)量控制。

1 自制機(jī)制砂的定義

以開挖的隧道洞渣為原料，經(jīng)除土處理，由機(jī)械破碎、篩分、水洗、整形等方式制成的粒徑小于4.75 mm且粒形和級(jí)配等技術(shù)指標(biāo)滿足GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》及TB 10424-2018《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（以下簡稱“《質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》”）等規(guī)范要求的顆粒稱為機(jī)制砂，也稱人工砂。

2 機(jī)制砂的特點(diǎn)

機(jī)制砂內(nèi)摩擦力大、棱角突出、咬合力強(qiáng)，但機(jī)制砂石粉含量高，2.36 mm～4.75 mm范圍內(nèi)顆粒針片狀多，級(jí)配不如天然河砂好（機(jī)制砂級(jí)配一般2.36 mm～4.75 mm范圍內(nèi)顆粒多、石粉多），堅(jiān)固性比河砂差，混凝土拌合物性能差，易離析、易泌水且和易性差，通過改進(jìn)機(jī)制砂加工工藝、加強(qiáng)對(duì)母料質(zhì)量選擇及加大檢查檢測(cè)頻率，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)化，生產(chǎn)設(shè)備配套化、生產(chǎn)管理規(guī)范化，質(zhì)量檢測(cè)制度化，以提高自制機(jī)制砂產(chǎn)量和質(zhì)量。

3 場地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)

施工單位應(yīng)在建場前對(duì)自制機(jī)制砂加工生產(chǎn)場地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)量及場址布置等方面組織現(xiàn)場調(diào)查并編制建場方案，確定設(shè)備配套、場地布局及環(huán)水保措施，保證生產(chǎn)能力滿足工程需要，建場方案需報(bào)監(jiān)理單位和建設(shè)單位審批后實(shí)施。建設(shè)方案應(yīng)符合國家環(huán)水保及Q/CR 9570-2020《鐵路機(jī)制砂場建設(shè)技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定。選址應(yīng)避開易發(fā)地質(zhì)災(zāi)害、水害及其他災(zāi)害位置，方便生產(chǎn)和運(yùn)輸。

場地應(yīng)穩(wěn)定平整、排水順暢且圍墻封閉，料場場地和行車道路必須進(jìn)行混凝土硬化處理，滿足加工場地鏟運(yùn)機(jī)械重復(fù)碾壓及場區(qū)道路重載車輛通行要求。

為確保機(jī)制砂質(zhì)量，現(xiàn)場制砂母巖須按巖石種類分區(qū)堆放并設(shè)置標(biāo)識(shí)牌。嚴(yán)禁將軟巖、風(fēng)化巖等不合格母巖堆放至原料區(qū)。所生產(chǎn)出的機(jī)制砂也必須按不同巖石種類分區(qū)堆放，并設(shè)置標(biāo)識(shí)牌。

施工單位的機(jī)制砂加工場應(yīng)按要求提報(bào)驗(yàn)收資料，報(bào)監(jiān)理單位驗(yàn)收，監(jiān)理單位初驗(yàn)、建設(shè)單位驗(yàn)收合格后方可加工生產(chǎn)。試驗(yàn)監(jiān)理應(yīng)對(duì)機(jī)制砂加工場建設(shè)過程進(jìn)行質(zhì)量安全監(jiān)控，確認(rèn)其符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 設(shè)備選型配置

機(jī)制砂設(shè)備采用顎式破碎機(jī)、圓錐式破碎機(jī)、反擊式破碎機(jī)、立軸式破碎機(jī)、整形機(jī)、傳動(dòng)設(shè)備及水洗設(shè)備等。為有效控制機(jī)制砂針片狀含量，保證機(jī)制砂的粒型，破碎最后一道工序必須由立軸沖擊破碎機(jī)、整形機(jī)等設(shè)備進(jìn)行“整形”。設(shè)備的生產(chǎn)能力、規(guī)格型號(hào)和數(shù)量配置必須滿足各階段現(xiàn)場混凝土施工需要。

機(jī)制砂加工場必須設(shè)置水洗等除塵設(shè)備和設(shè)施，根據(jù)環(huán)保要求，設(shè)備配備應(yīng)選用節(jié)能環(huán)保性能的生產(chǎn)設(shè)備，設(shè)置循環(huán)沉淀池，確保洗砂廢水排放達(dá)到當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，清洗設(shè)備和環(huán)保設(shè)施必須按照最大產(chǎn)量來配置，必須采用水洗法生產(chǎn)的設(shè)備，配套水回收與廢水處理系統(tǒng)符合環(huán)水保要求?；厥罩貜?fù)利用水的pH值、不溶物含量、可溶物含量、氯化物含量、硫酸鹽含量及堿含量應(yīng)滿足《質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》中“表6.2.12-1 拌合用水的性能”的相關(guān)規(guī)定，每月檢測(cè)一次，駐場監(jiān)理應(yīng)檢查并督促落實(shí)。

如因級(jí)配原因，機(jī)制砂需要摻入一定比例天然河沙的，機(jī)制砂加工場必須配置自動(dòng)計(jì)量的混合砂拌和設(shè)備，確保拌和均勻。加工場應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)生產(chǎn)設(shè)備管理，定期檢定、自校計(jì)量設(shè)備，做好維護(hù)保養(yǎng)工作，確保設(shè)備穩(wěn)定可靠，駐場試驗(yàn)監(jiān)理工程師應(yīng)定期進(jìn)行檢查。

5 人員配備

施工單位應(yīng)設(shè)立機(jī)制砂場管理機(jī)構(gòu)，編制管理考核制度、確定人員崗位職責(zé)，對(duì)加工場崗位設(shè)置、人員分工及工作流程作出規(guī)定。應(yīng)配足加工場管理、技術(shù)、試驗(yàn)和操作人員，場長、技術(shù)主管及試驗(yàn)負(fù)責(zé)人等關(guān)鍵崗位人員。加工場站長、技術(shù)主管及試驗(yàn)負(fù)責(zé)人等主要人員更換時(shí)應(yīng)經(jīng)監(jiān)理、建設(shè)單位同意。

監(jiān)理單位應(yīng)派駐不少于1名試驗(yàn)監(jiān)理工程師對(duì)機(jī)制砂原材料進(jìn)場及機(jī)制砂生產(chǎn)過程監(jiān)理，確保機(jī)制砂加工生產(chǎn)質(zhì)量。

6 加工工藝流程

機(jī)制砂生產(chǎn)線由反擊式破碎機(jī)、振動(dòng)給料機(jī)、顎式破碎機(jī)、制砂機(jī)、振動(dòng)篩和膠帶傳輸機(jī)等設(shè)備組成。

隧道洞渣作為母巖，經(jīng)過振動(dòng)給料機(jī)、粗碎（顎破，俗稱“一破”）和中碎（圓錐破，俗稱“二破”）兩道破碎后過30 mm篩網(wǎng)進(jìn)行振動(dòng)篩分，并在此過程沖水去粉，將母料分成2個(gè)部分：達(dá)不到產(chǎn)品粒度要求的30 mm篩網(wǎng)以上的母巖返回中碎（圓錐破）重新破碎，這部分返料在中碎和振動(dòng)篩之間形成一個(gè)閉路循環(huán)；30 mm篩網(wǎng)以下的骨料進(jìn)入整形機(jī)整形，整形過后的骨料經(jīng)傳送至另外一個(gè)3層振動(dòng)篩，各規(guī)格骨料過20 mm、10 mm、5 mm篩網(wǎng)，并沖水去粉，20 mm以上骨料生成20 mm～30 mm范圍內(nèi)碎石，10 mm～20 mm范圍內(nèi)骨料生成10 mm～20 mm范圍內(nèi)碎石，5 mm～10 mm范圍內(nèi)骨料生成5 mm～10 mm范圍內(nèi)碎石；5 mm以下骨料經(jīng)兩個(gè)輪式洗砂機(jī)先后沖洗后成為機(jī)制砂（經(jīng)過第一個(gè)輪式洗砂機(jī)的水通過細(xì)砂回收機(jī)入第二個(gè)輪式洗砂機(jī)形成間接通道）。

7 機(jī)制砂質(zhì)量控制

機(jī)制砂場必須建立試驗(yàn)檢測(cè)組，配齊檢測(cè)機(jī)制砂的試驗(yàn)儀器、設(shè)備，對(duì)儀器設(shè)備按照規(guī)范進(jìn)行標(biāo)定；配齊配足試驗(yàn)檢測(cè)人員，確保正常開展試驗(yàn)檢測(cè)工作。具備檢測(cè)機(jī)制砂石粉含量、壓碎值和級(jí)配等指標(biāo)的能力。機(jī)制砂質(zhì)量應(yīng)滿足《質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》檢驗(yàn)要求（如表1、表2和表3所示）,檢驗(yàn)合格的機(jī)制砂方可出場，并附質(zhì)量合格證作為拌和站收料的有效證明。質(zhì)量合格證應(yīng)包括產(chǎn)地、原料來源、類別、規(guī)格、生產(chǎn)單位名稱、批量編號(hào)及每批數(shù)量、檢驗(yàn)結(jié)果、檢驗(yàn)日期、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、合格證編號(hào)及發(fā)放日期、檢驗(yàn)部門及檢驗(yàn)人員簽章，監(jiān)理應(yīng)對(duì)檢測(cè)過程進(jìn)行見證，并在質(zhì)量合格證上簽認(rèn)。

表 1 機(jī)制砂顆粒級(jí)配范圍

表 2 機(jī)制砂性能指標(biāo)

表 3 機(jī)制砂檢驗(yàn)要求

對(duì)碎石加工場的洞渣進(jìn)行分類堆放、分類標(biāo)識(shí)：比如通過試驗(yàn)室試驗(yàn)檢測(cè)確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)洞渣各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足混凝土用骨料要求，Ⅳ、Ⅴ級(jí)洞渣各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足路基填料技術(shù)要求，在洞渣堆放時(shí)，就得把Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)洞渣單獨(dú)堆放并標(biāo)識(shí)；把Ⅳ、Ⅴ級(jí)洞渣單獨(dú)進(jìn)行堆放并標(biāo)識(shí)，不能混堆，以保證材料加工質(zhì)量。嚴(yán)格按照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，控制機(jī)制砂母巖質(zhì)量，施工單位應(yīng)由專人每天監(jiān)控母巖質(zhì)量，結(jié)合隧道地質(zhì)素描等資料，發(fā)現(xiàn)圍巖變化，應(yīng)及時(shí)取樣進(jìn)行試驗(yàn)。監(jiān)理單位派遣駐場監(jiān)理每天對(duì)母巖質(zhì)量、存放進(jìn)行檢查。

機(jī)制砂加工沖洗工程中，如果水壓過小，沖洗得“不干凈”，加工出來的機(jī)制砂石粉含量超限；如果水壓過大，沖洗得“太干凈”，加工出來的機(jī)制砂中0.6 mm以下顆粒被沖洗掉，細(xì)度模數(shù)偏大，顆粒級(jí)配不易滿足規(guī)范要求。因此，水洗設(shè)備的水管設(shè)置數(shù)量、設(shè)置位置及水壓大小要經(jīng)調(diào)試試驗(yàn)，確保機(jī)制砂的石粉含量和含泥量符合要求。

8 機(jī)制砂混凝土的設(shè)計(jì)優(yōu)化

試驗(yàn)室利用鐵路隧道洞渣加工的自制機(jī)制砂與天然河砂進(jìn)行混凝土試配，采用隧道二襯C35泵送混凝土配合比，各項(xiàng)性能指標(biāo)設(shè)計(jì)值為：坍落度160 mm～200 mm，含氣量2.0%～4.0%，容重2 400×（1±2%）kg/m3，電通量≤1 200C，抗?jié)B等級(jí)P10?；炷僚浜媳雀髟牧嫌昧?，見表4。

表 4 隧道二襯C35機(jī)制砂混凝土配合比

混凝土試配顯示，混凝土塌落度、泌水率及含氣量等指標(biāo)符合《質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》6.3要求，由于機(jī)制砂棱角明顯，機(jī)制砂混凝土的流動(dòng)性、保水性較差、1 h塌落度損失較河砂混凝土差，電通量、56 d抗壓強(qiáng)度指標(biāo)較河砂混凝土好，試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表 5 河砂與機(jī)制砂混凝土技術(shù)指標(biāo)對(duì)比表

通過改進(jìn)工藝流程，安裝整形機(jī)、啟用水洗設(shè)備，控制機(jī)制砂的針片狀、石粉含量，增加砂率2%～3%，減水劑生產(chǎn)廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場調(diào)整減水劑與機(jī)制砂的配伍性試驗(yàn)等一系列優(yōu)化措施，機(jī)制砂棱角明顯，機(jī)制砂混凝土的流動(dòng)性、保水性較差，其1 h塌落度損失較河砂混凝土差的情況有了改變，而電通量、56 d抗壓強(qiáng)度指標(biāo)優(yōu)于河砂混凝土。

為加強(qiáng)鐵路紅線管理，針對(duì)原中國鐵路總公司《鐵路建設(shè)項(xiàng)目質(zhì)量安全紅線管理規(guī)定》（鐵總建設(shè)［2017］310號(hào)）要求，結(jié)合鐵路隧道二襯空間狹小，混凝土振搗受影響，仰拱端部截水效果差的情況，再次對(duì)機(jī)制砂混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化，隧道二襯混凝土配合比塌落度范圍由160 mm～200 mm調(diào)整為180 mm～220 mm，隧道仰拱混凝土配合比塌落度范圍由160 mm～200 mm調(diào)整為140 mm～1 800 mm，同時(shí)減水劑摻量增加0.1%～0.2%，混凝土強(qiáng)度取得了良好的優(yōu)化效果，確保了鐵路隧道二襯、仰拱強(qiáng)度不避免觸碰紅線。

9 結(jié) 語

生產(chǎn)設(shè)備選型、工裝工藝改進(jìn)及加強(qiáng)母料檢測(cè)是機(jī)制砂質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響機(jī)制砂質(zhì)量，在設(shè)計(jì)與設(shè)備選型時(shí)應(yīng)對(duì)料源巖石的性質(zhì)、骨料成品的級(jí)配和質(zhì)量要求做到持續(xù)改進(jìn)；把好源頭控制，將機(jī)制砂的針片狀顆粒、顆粒級(jí)配、細(xì)度模數(shù)、石粉含量及壓碎指標(biāo)納入日常監(jiān)管作為關(guān)鍵參數(shù)把控，必須對(duì)機(jī)制砂生產(chǎn)過程質(zhì)量的控制進(jìn)行嚴(yán)格要求，以確保機(jī)制砂質(zhì)量滿足規(guī)范指標(biāo)。