1 引言

在我國西南地區(qū)，機制砂得到了廣泛的應(yīng)用，是解決混凝土細(xì)骨料非常經(jīng)濟實用的方法，而且機制砂破碎后棱角性，具有較強的內(nèi)摩擦力，拌和在混凝土的細(xì)骨料中，可以提高骨料的咬合力，起到嵌擠骨架的作用，使混凝土的和易性、抗壓強度等性能得到很大的改善。 在工程項目建設(shè)中，棄渣需占用大量土地，而篩選可加工機制砂作為資源合理利用，可以減少棄渣占用土地。 但機制砂加工受母材、篩分設(shè)備和清洗設(shè)備選型等加工工藝不同，機制砂石粉含量存在很大的差異，混凝土配合比，目前大多數(shù)采用三級破碎和洗沙濾水相結(jié)合等工藝，以確保滿足Ⅱ類建設(shè)用砂要求。 本文在原大摻量粉煤灰噴射混凝土及常規(guī)襯砌混凝土的技術(shù)基礎(chǔ)上， 通過機制砂加工工藝及混凝土配合比設(shè)計試驗研究，總結(jié)成果。

2 隧道洞渣母材的成分

毛栗坪隧道洞身開挖揭示含有石灰?guī)r地層， 經(jīng)貴陽礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心出具的巖礦鑒定報告顯示， 礦物成分主要為方解石，含少量白云巖、黏土礦物、褐鐵礦等（方解石占比90%，白云石占5%～10%，黏土2%～3%，褐鐵礦1%），經(jīng)過對棄渣進行篩選與試驗（對強度、密度、含泥量及吸水率等進行測定），對其中的洞渣進行篩選，作為機制砂、碎石加工的原材料，以實現(xiàn)資源合理化利用。

3 機制砂加工設(shè)備選型及工藝優(yōu)化

3.1 母材選用

隧道開挖的母巖吸水率較小，軟化系數(shù)大，并且?guī)r石為層理巖，強度較高且不含堿活性物質(zhì)，用其生產(chǎn)的混凝土的坍落度損失小等。 具體特性見表1。

表1 隧道開挖出的石灰?guī)r特性

3.2 破碎機選配、篩分及除粉工藝

機制砂一般采用三級破碎工藝，即粗碎、中碎、制砂機破碎，粗碎采用顎破式破碎機，破碎比大、產(chǎn)品粒度均勻、結(jié)構(gòu)簡單；中碎采用反擊式破碎機；制砂破碎采用沖擊式破碎機。 這樣使得加工的機制砂更富有棱角性， 并且破碎比能得到較大的提高，對加工的材料進行篩分等試驗檢測分析后可知，破碎的機制砂細(xì)度模數(shù)基本能符合中砂標(biāo)準(zhǔn)[1]。

同一種原材料、加工設(shè)備及加工工藝條件下，對通過圓孔和方孔篩的機制砂進行篩分試驗可知 （使用孔徑為9.5 mm、4.75 mm、2.36 mm、1.18 mm、0.6 mm、0.3 mm、0.15 mm 的 套篩），通過圓孔篩的機制砂的砂率、細(xì)度模數(shù)要優(yōu)于方孔篩，粗細(xì)適宜。

經(jīng)過三級破碎取樣， 經(jīng)篩分獲取的機制砂中石粉含量基本為9.5%～25%（75 μm 的顆粒），不滿足地標(biāo)配置強度等級＞C30，石粉含量＜10%，C20＜配置強度＜C30，石粉含量＜20%的要求。 經(jīng)過加工工藝改進，在加工設(shè)備的皮帶機轉(zhuǎn)換位置配置封閉式噴射干霧進行除塵， 加工的機制砂石粉含量明顯降低，細(xì)度模數(shù)也得到有效提高，再結(jié)合迂回式螺旋洗沙濾水設(shè)備，經(jīng)過自動調(diào)節(jié)和控制轉(zhuǎn)速、增壓過濾裝置，將0.15 mm 以下顆粒的砂再次進行回用，使得水洗的篩除的顆粒得到補充，使得級配更加均勻。

4 機制砂混凝土試驗研究

機制砂經(jīng)過篩洗后為細(xì)度模數(shù)為2.8～3.2 的中砂，石粉含量較少，通過多次試驗比對可知，一定量的石粉有利于優(yōu)化混凝土的工作性能， 現(xiàn)場采用篩洗后的機制砂摻入石粉進行配合比設(shè)計試驗研究和現(xiàn)場應(yīng)用驗證， 經(jīng)篩洗的機制砂混凝土和易性差，混凝土回彈率高，質(zhì)量控制難度大，在大摻量粉煤灰混凝土的基礎(chǔ)上，采用摻入一定量的石粉，膠凝材料的比表面積增大，和易性明顯改善，且石粉和粉煤灰在混凝土中起到填充和包裹砂石的作用，使混凝土的回彈率，也提高了混凝土的密實度和強度。 在隧道襯砌混凝土中通過調(diào)整摻配石粉量，取得最佳石粉含量，保證其工作性和力學(xué)性能。

4.1 混凝土配合比及性能試驗

通過對常規(guī)C25 噴射混凝土及大摻量粉煤灰混凝土的配合比及性能指標(biāo)進行對比，機制砂水洗后潔凈基本不含石粉，在原大摻量粉煤灰中摻入一定量石粉，指標(biāo)對比見表2～表5，現(xiàn)場對混凝土的工作性、力學(xué)強度、外觀質(zhì)量、外觀效果等進行檢測，結(jié)果見表6。

表2 常規(guī)C25 混凝土各材料用量

表3 常規(guī)C25 混凝土性能指標(biāo)

表4 大摻量粉煤灰混凝土摻一定量石粉的配合比設(shè)計

表5 摻一定量石粉C25 噴混凝土室內(nèi)、外工作性能及力學(xué)性能指標(biāo)

表6 現(xiàn)場混凝土施工試驗結(jié)果綜合對比

經(jīng)試驗證明， 在大摻量粉煤灰混凝土中加入一定量的石粉，混凝土單位用水量降低，粉煤灰用量減少；在工作性方面，混凝土的坍落度、 保水性及黏聚性得到大大改善， 回彈率減小，外觀質(zhì)量較好；力學(xué)強度方面，混凝土7 d 齡期強度增長緩慢，強度隨著石粉含量增大而減慢，7d 后隨著石粉的水化作用的推進，強度相對增加較快，28 d 強度也能達到設(shè)計強度。

4.2 混凝土中應(yīng)用

經(jīng)過隧道襯砌混凝土配合比設(shè)計， 通過在篩洗的機制砂中摻入一定量的石粉，對比摻入石粉的混凝土性能，試驗對比見表7～表9。

表7 隧道襯砌混凝土基準(zhǔn)配合比

表8 不同石粉含量混凝土的試驗參數(shù)

通過以上試驗分析， 石粉含量機制砂在拌和隧道襯砌混凝土石粉的最佳含量為6%～8%，機制砂的工作性和力學(xué)性能都能滿足施工和設(shè)計要求，石粉含量超標(biāo)，通過機制砂加工工藝、篩洗及摻配等多方面滿足機制砂石粉含量，得到拌和混凝土的最佳石粉含量的方法[2]。

5 結(jié)論