李炎飞

摘 要：高速公路隧道洞渣常常作为废渣丢弃，既占用土地又影响环境，合理利用隧道洞渣是建设绿色公路的必然要求。池祁项目通过在隧道口附近路基上布设加工设备，综合应用三级破碎工艺和布袋除尘工艺，采用源头优选、晾晒洞渣、建立质量控制系统等方法加强质量控制，用隧道洞渣加工出满足Ⅱ类建设用砂要求的机制砂，并成功应用于高速公路建设，实现了隧道洞渣的资源化利用。研究表明，用隧道洞渣加工机制砂技术可行，将该项技术应用于高速公路建设可节约投资、减少占地、保护生态环境。

关键词：洞渣;机制砂;石粉

中图分类号：U454 文献标识码：A

0 引言

隧道施工中产生大量的洞渣是不可避免的，处理这些洞渣，需要征用大量的永久用地，弃渣过程中将产生大量的运输费用。隧道施工中，混凝土需求量大。目前全国范围内砂石料逐渐枯竭，在地材资源不丰富的地方，混凝土砂石料将大大提高工程成本。在洞渣质量满足制备砂石料的前提下，采用洞渣制备砂石料将产生极大的经济效益。洞渣的综合利用，也符合当前国家推行的绿色工程的政策。

1 项目研究背景

G3W德州至上饶高速公路池州至祁门段是国家公路网规划项目，是京台高速（G3）西侧并行线，也是安徽省“五纵九横”高速公路网规划中“纵三”高速公路的一段。项目全长91.656 km，全线隧道共长31.46 km，桥梁共长23.2 km，桥隧比高达60%，为安徽省之最。其中和龙山隧道、钓鱼台3号隧道围岩以灰岩为主，重阳1号隧道、宝石岭隧道围岩以花岗岩为主，重阳2号隧道围岩以花岗岩和灰岩为主，经过检测，花岗岩和灰岩的饱水抗压强度均大于80 MPa，对应加工而成的集料坚固性、云母含量、硫化物及硫酸盐含量等指标均能符合要求，具备加工机制砂的基本条件。

2 机制砂生产工艺研究

2.1 母材甄选分类

用于生产机制砂的母岩为石灰岩、花岗岩等洁净、质地坚硬、无软弱颗粒及无风化石的岩石，不应具有潜在的碱集料反应活性，母岩抗压强度不应小于所配置混凝土设计强度的2倍。隧道洞渣加工前，进行岩性分析检测，洞渣岩性发生明显变化时，及时取样进行岩性分析及饱水抗压强度检验。采用由母岩加工后生产的10 mm～20 mm粒径的碎石加工机制砂（用于高性能混凝土时，此碎石的压碎值满足≤20%）。

2.2 生产设备选型

根据生产规模确定，考虑母岩种类及性能，选用生产机制砂的专用设备技术需满足可靠、经济合理、兼顾环保要求。

机制砂生产系统应由给料设备、破碎设备、制砂设备、筛分设备、洗砂设备或除尘设备、输送设备等組成，按需要增加整形设备、搅拌混合设备等。

机制砂生产工艺根据制砂过程中的除尘方式，可分为干法制砂、湿法制砂。优先选用干法生产，因为湿法生产的水头、水压难以调控，机制砂石粉含量偏小，且需要进行污水处理。湿法生产的机制砂用于生产混凝土时，料仓堆积导致机制砂含水率差别较大，给施工控制带来困难。对于石英含量较多的花岗岩等，满足水源及环保条件下也可采用湿法制砂。

2.3 机械组合形式

机制砂加工采用粗碎（原料破碎）、细碎（规格碎石破碎）和制砂的三级破碎工艺。机制砂的破碎设备按下列配置：

一级破碎选用颚式破碎机。

二级破碎选用反击破碎机、圆锥式破碎机或立式冲击破碎机。

三级破碎选用立轴式冲击制砂机，不使用单纯的锤式制砂机，有条件的情况下，可以使用能够实现“制砂+整形+细度模数调整”的单破碎制砂机。

干法生产采用多级袋式除尘系统除尘，除去的0.075 mm以上的颗粒回收。

水洗设备主要有轮式洗砂机和螺旋洗砂机。

2.4 石粉含量控制

经混凝土配合比验证结果发现，合理的石粉含量可以起到很好的润滑和填充作用。石粉可以看成一种惰性的掺合料，混凝土中总体的胶凝材料用量应考虑控制在570 kg/m3。所以石粉含量应当在3%至15%范围内，最佳在8%左右（根据母岩材质不同，最佳石粉含量会有波动）。但石粉含量3%的机制砂因要满足混凝土和易性，就需要通过添加水泥用量或水泥浆用量、增加外加剂用量加以调整，从经济性方面考虑比较困难，而且外加剂用量增加，混凝土黏聚力比较大，给施工带来困难。石粉含量15%的机制砂拌和混凝土，因砂浆量较大，容易出现泌水等现象，给结构物外观带来缺陷。

3 机制砂混凝土质量控制要点

（1）加强机制砂成品质量检测。按《建设用砂》（GB/T 14684-2011）方法，以同一料源、同一规格、同一生产设备每400 m3或600 t为一检测批。加工产品每批必检项目：颗粒级配、堆积密度、石粉含量、压碎值。每个料源增加一次氯离子含量检测和坚固性检测、碱活性检测。

（2）机制砂混凝土的配合比设计应根据原材料性能以及混凝土的设计强度等级、耐久性、工作性等相关技术要求，按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）的有关规定，通过计算、试配、调整等步骤进行。

由于机制砂棱角较多、表面较为粗糙且石粉含量较高，易导致机制砂混凝土出现和易性差、离析、泌水等问题。因此，混凝土配合比设计时应结合机制砂的细度模数、颗粒级配、石粉含量，按所选水灰比及碎石最大粒径通过试验优选确定砂率，并可通过掺配缓凝高效减水剂、粉煤灰等外掺料，在低水灰比条件下，配制出坍落度损失小、和易性好、强度和耐久性高的混凝土。

（3）加强机制砂混凝土拌和物的搅拌。机制砂含有较多石粉，在拌制过程中不易搅拌均匀。必须采用强制式搅拌机进行搅拌，若为较天然砂混凝土，可适当延长搅拌时间，以改善机制砂混凝土的和易性。

（4）加强机制砂混凝土拌和物的质量控制。机制砂混凝土的工作性对用水量和减水剂的改变以及砂的细度模数、级配、石粉含量和砂率的变化较为敏感。要密切观察混凝土的拌和质量，适当加大坍落度的检测频率。混凝土生产过程中，必须加强机制砂和外加剂的质量检验，并定期对拌和设备的配料计量系统进行校准，严格控制计量精度。

（5）施工时应注意机制砂混凝土的合理振捣。振捣时应以混凝土不再沉落、不冒气泡、表面平坦呈现浮浆为度，防止漏振、欠振和过振。机制砂混凝土比天然砂混凝土易于液化，尤要避免过振，以防止出现蜂窝、麻面或表面形成疏松层。掺矿物掺合料混凝土振捣时，振捣后的混凝土表面不应出现明显的掺合料浮浆层。

（6）加强机制砂混凝土的养护。机制砂混凝土中粉体含量较高，早期收缩较大。要特别加强早期保湿养护，且养护时间应比天然砂混凝土适当延长（2天～3天），以防止混凝土出现收缩裂缝，影响结构使用耐久性。

4 预计达到的效益

首先，经济效益。利用隧道洞渣加工成混凝土用砂石料，可节约外购运输费和购买费用，节约弃渣堆放用地征地费用、外运砂石料便道修筑费等，从而降低工程成本，呈现的经济效益势必无法忽视。

其次，社会效益。能够大幅缓解皖南山区高速公路砂石原材料需求量大与获取困难、价高、质量差等之间的矛盾，提高生产建设效率。同时也减轻了因长距离调运砂石而造成的社会交通压力，对安徽省境内以及全国公路建设均能产生良好效益。

最后，环境效益。实现隧道弃渣的有效利用，减少了固体废弃物排放量，降低了弃渣对农田、河道等的影响，缓解了因采集砂石料对山体和水域的破坏，保持了生态景观的完整性。

5 结束语

此方面的研究能提升洞渣附加值，弥补天然砂石量不足的同时，也解决弃渣处理的问题。同时，由于对天然砂石需求量的有效减少，无需因为开采而破坏生态平衡，缓解因外购而引发的交通压力。所以，该课题研究应当逐渐衍生至铁路轨道、水利、建筑等项目中。

参考文献：

[1]苏玉奎.新型加工的花岗岩机制砂混凝土的性能及应用[J].西部交通科技，2020，15（07）：38-40.

[2]范江平.机制砂混凝土应用研究现状及存在问题之探析[J].江西建材，2020，40（02）：4+7.