鐵路工程自制機制砂質量控制與監(jiān)理要點

曹云彩（上海先行建設監(jiān)理有限公司， 上海 200070）

0 引 言

隨著國家對鐵路、公路及水利水電等基礎設施的大量建設，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，同時對河道環(huán)境產(chǎn)生了破壞，為保護生態(tài)環(huán)境和河道安全，保護資源，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制砂，作為混凝土細骨料大量使用。

為更好地監(jiān)控機制砂質量及對機制混凝土配合比設計優(yōu)化，監(jiān)理單位應從場地建設標準、加工破碎設備配置、管理機構建立和人員資源配置、加工工藝流程、加工質量控制及機制砂混凝土配合比的設計優(yōu)化等方面，要求施工單位嚴格執(zhí)行國家和行業(yè)現(xiàn)行的相關標準規(guī)范，監(jiān)理單位應在機制砂場配備專職試驗工程師，做好工序驗收和質量控制。

1 自制機制砂的定義

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

2 機制砂的特點

機制砂內(nèi)摩擦力大、棱角突出、咬合力強，但機制砂石粉含量高，2.36 mm～4.75 mm范圍內(nèi)顆粒針片狀多，級配不如天然河砂好（機制砂級配一般2.36 mm～4.75 mm范圍內(nèi)顆粒多、石粉多），堅固性比河砂差，混凝土拌合物性能差，易離析、易泌水且和易性差，通過改進機制砂加工工藝、加強對母料質量選擇及加大檢查檢測頻率，實現(xiàn)生產(chǎn)工藝標準化，生產(chǎn)設備配套化、生產(chǎn)管理規(guī)范化，質量檢測制度化，以提高自制機制砂產(chǎn)量和質量。

3 場地建設標準

施工單位應在建場前對自制機制砂加工生產(chǎn)場地建設標準、數(shù)量及場址布置等方面組織現(xiàn)場調查并編制建場方案，確定設備配套、場地布局及環(huán)水保措施，保證生產(chǎn)能力滿足工程需要，建場方案需報監(jiān)理單位和建設單位審批后實施。建設方案應符合國家環(huán)水保及Q/CR 9570-2020《鐵路機制砂場建設技術規(guī)程》相關規(guī)定。選址應避開易發(fā)地質災害、水害及其他災害位置，方便生產(chǎn)和運輸。

場地應穩(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行混凝土硬化處理，滿足加工場地鏟運機械重復碾壓及場區(qū)道路重載車輛通行要求。

為確保機制砂質量，現(xiàn)場制砂母巖須按巖石種類分區(qū)堆放并設置標識牌。嚴禁將軟巖、風化巖等不合格母巖堆放至原料區(qū)。所生產(chǎn)出的機制砂也必須按不同巖石種類分區(qū)堆放，并設置標識牌。

施工單位的機制砂加工場應按要求提報驗收資料，報監(jiān)理單位驗收，監(jiān)理單位初驗、建設單位驗收合格后方可加工生產(chǎn)。試驗監(jiān)理應對機制砂加工場建設過程進行質量安全監(jiān)控，確認其符合相關標準要求。

4 設備選型配置

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

機制砂加工場必須設置水洗等除塵設備和設施，根據(jù)環(huán)保要求，設備配備應選用節(jié)能環(huán)保性能的生產(chǎn)設備，設置循環(huán)沉淀池，確保洗砂廢水排放達到當?shù)丨h(huán)保標準，清洗設備和環(huán)保設施必須按照最大產(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?；厥罩貜屠盟膒H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滿足《質量驗收標準》中“表6.2.12-1 拌合用水的性能”的相關規(guī)定，每月檢測一次，駐場監(jiān)理應檢查并督促落實。

如因級配原因，機制砂需要摻入一定比例天然河沙的，機制砂加工場必須配置自動計量的混合砂拌和設備，確保拌和均勻。加工場應安排專人負責生產(chǎn)設備管理，定期檢定、自校計量設備，做好維護保養(yǎng)工作，確保設備穩(wěn)定可靠，駐場試驗監(jiān)理工程師應定期進行檢查。

5 人員配備

施工單位應設立機制砂場管理機構，編制管理考核制度、確定人員崗位職責，對加工場崗位設置、人員分工及工作流程作出規(guī)定。應配足加工場管理、技術、試驗和操作人員，場長、技術主管及試驗負責人等關鍵崗位人員。加工場站長、技術主管及試驗負責人等主要人員更換時應經(jīng)監(jiān)理、建設單位同意。

監(jiān)理單位應派駐不少于1名試驗監(jiān)理工程師對機制砂原材料進場及機制砂生產(chǎn)過程監(jiān)理，確保機制砂加工生產(chǎn)質量。

6 加工工藝流程

機制砂生產(chǎn)線由反擊式破碎機、振動給料機、顎式破碎機、制砂機、振動篩和膠帶傳輸機等設備組成。

隧道洞渣作為母巖，經(jīng)過振動給料機、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)進行振動篩分，并在此過程沖水去粉，將母料分成2個部分：達不到產(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篩之間形成一個閉路循環(huán)；30 mm篩網(wǎng)以下的骨料進入整形機整形，整形過后的骨料經(jīng)傳送至另外一個3層振動篩，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)兩個輪式洗砂機先后沖洗后成為機制砂（經(jīng)過第一個輪式洗砂機的水通過細砂回收機入第二個輪式洗砂機形成間接通道）。

7 機制砂質量控制

機制砂場必須建立試驗檢測組，配齊檢測機制砂的試驗儀器、設備，對儀器設備按照規(guī)范進行標定；配齊配足試驗檢測人員，確保正常開展試驗檢測工作。具備檢測機制砂石粉含量、壓碎值和級配等指標的能力。機制砂質量應滿足《質量驗收標準》檢驗要求（如表1、表2和表3所示）,檢驗合格的機制砂方可出場，并附質量合格證作為拌和站收料的有效證明。質量合格證應包括產(chǎn)地、原料來源、類別、規(guī)格、生產(chǎn)單位名稱、批量編號及每批數(shù)量、檢驗結果、檢驗日期、檢驗標準、合格證編號及發(fā)放日期、檢驗部門及檢驗人員簽章，監(jiān)理應對檢測過程進行見證，并在質量合格證上簽認。

表 1 機制砂顆粒級配范圍

表 2 機制砂性能指標

表 3 機制砂檢驗要求

對碎石加工場的洞渣進行分類堆放、分類標識：比如通過試驗室試驗檢測確定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級洞渣各項技術指標滿足混凝土用骨料要求，Ⅳ、Ⅴ級洞渣各項技術指標滿足路基填料技術要求，在洞渣堆放時，就得把Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級洞渣單獨堆放并標識；把Ⅳ、Ⅴ級洞渣單獨進行堆放并標識，不能混堆，以保證材料加工質量。嚴格按照相應標準，控制機制砂母巖質量，施工單位應由專人每天監(jiān)控母巖質量，結合隧道地質素描等資料，發(fā)現(xiàn)圍巖變化，應及時取樣進行試驗。監(jiān)理單位派遣駐場監(jiān)理每天對母巖質量、存放進行檢查。

機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”，加工出來的機制砂中0.6 mm以下顆粒被沖洗掉，細度模數(shù)偏大，顆粒級配不易滿足規(guī)范要求。因此，水洗設備的水管設置數(shù)量、設置位置及水壓大小要經(jīng)調試試驗，確保機制砂的石粉含量和含泥量符合要求。

8 機制砂混凝土的設計優(yōu)化

試驗室利用鐵路隧道洞渣加工的自制機制砂與天然河砂進行混凝土試配，采用隧道二襯C35泵送混凝土配合比，各項性能指標設計值為：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P10。混凝土配合比各原材料用量，見表4。

表 4 隧道二襯C35機制砂混凝土配合比

混凝土試配顯示，混凝土塌落度、泌水率及含氣量等指標符合《質量驗收標準》6.3要求，由于機制砂棱角明顯，機制砂混凝土的流動性、保水性較差、1 h塌落度損失較河砂混凝土差，電通量、56 d抗壓強度指標較河砂混凝土好，試驗結果見表5。

表 5 河砂與機制砂混凝土技術指標對比表

通過改進工藝流程，安裝整形機、啟用水洗設備，控制機制砂的針片狀、石粉含量，增加砂率2%～3%，減水劑生產(chǎn)廠家技術人員到現(xiàn)場調整減水劑與機制砂的配伍性試驗等一系列優(yōu)化措施，機制砂棱角明顯，機制砂混凝土的流動性、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抗壓強度指標優(yōu)于河砂混凝土。

為加強鐵路紅線管理，針對原中國鐵路總公司《鐵路建設項目質量安全紅線管理規(guī)定》（鐵總建設［2017］310號）要求，結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，再次對機制砂混凝土配合比進行優(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調整為140 mm～1 800 mm，同時減水劑摻量增加0.1%～0.2%，混凝土強度取得了良好的優(yōu)化效果，確保了鐵路隧道二襯、仰拱強度不避免觸碰紅線。

9 結 語

生產(chǎn)設備選型、工裝工藝改進及加強母料檢測是機制砂質量控制的關鍵環(huán)節(jié)，直接影響機制砂質量，在設計與設備選型時應對料源巖石的性質、骨料成品的級配和質量要求做到持續(xù)改進；把好源頭控制，將機制砂的針片狀顆粒、顆粒級配、細度模數(shù)、石粉含量及壓碎指標納入日常監(jiān)管作為關鍵參數(shù)把控，必須對機制砂生產(chǎn)過程質量的控制進行嚴格要求，以確保機制砂質量滿足規(guī)范指標。