付建伟

（中铁十一局集团有限公司第四工程有限公司，湖北 武汉 430074）

机制砂是指对岩石进行爆破、破碎、冲洗和筛分，使其成为颗粒粒径小于5mm，级配合理、细度模数适中、石粉含量满足要求的人工砂。与天然河砂相比，机制砂棱角突出、机械咬合力强、内摩擦力大、配制的混凝土强度高，但机制砂石粉含量高、2.5～5mm颗粒多，级配不如河砂好（机制砂级配一般是2.5～5mm，颗粒多、石粉多），坚固性比河砂差，因此在铁路混凝土的应用过程中，必须解决好传统机制砂的缺点问题，严格按照标准规范要求控制机制砂的各项物理参数及有害物质的含量，保证铁路混凝土结构质量满足规范和设计要求。

1 机制砂在铁路混凝土中的质量控制要点

1.1 生产机制砂母材的选取

母材是机制砂成品质量的基础，要想生产出优质的机制砂，必须选用料源优质稳定、强度高、风化石及软石含量少、岩体夹层及表层黏土含量少的母材。

按照标准规范要求，用于生产碎石、机制砂的母材宜选取砂岩、石英岩、花岗岩等强度高、质地坚硬的岩石；生产粗细骨料用母岩强度宜为混凝土强度等级的1.5倍以上，且母岩软化系数不得低于0.8。

按照规范要求定期对母材进行碱活性矿物含量、硫化物及硫酸盐、氯离子等有害化学物质含量检测，确保从根源上解决机制砂混凝土的化学稳定性和长期耐久性问题，从而达到铁路建设高性能混凝土的要求。

1.2 机制砂生产工艺流程

传统机制砂是生产碎石的尾料经过筛分后得到的产品，其级配、粒形和石粉含量无法控制。目前铁路项目生产机制砂是在碎石生产线中加入专门制砂机，通过整形、筛分等措施控制级配、粒形和石粉含量，从而使机制砂质量达到标准规范要求，满足铁路工程高性能混凝土的需要。

1.3 机制砂级配及针片状含量

机制砂的级配和针片状含量关系到机制砂混凝土拌和物的工作性能。传统机制砂2.5～5mm及0.075mm以下的颗粒较多，其中间颗粒较少，导致颗粒级配不连续、细度模数较大，不满足标准规范中粗砂的级配要求，配制的混凝土易出现泌水泌浆，漏石严重，保水性、和易性较差；0.075mm以下细颗粒偏多，导致集料比表面积增大，相同胶凝材料用量的情况下混凝土强度较低；机制砂针片状颗粒较多，棱角明显，导致混凝土吸水量和摩擦阻力增大，混凝土流动性差，泵送混凝土施工性能差。目前项目使用专用制砂机生产的机制砂，级配和颗粒形状得到有效改善。结合项目混凝土试拌经验及检测结果，铁路工程高性能混凝土机制砂需满足细度模数为2.6～3.1，级配满足Ⅱ区要求，2.5～5mm颗粒含量小于25%，0.075mm以下颗粒含量为4%～7%。

1.4 石粉的含量

根据《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB10424—2018）要求，机制砂的石粉含量标准值与其MB值有关，MB值越大，石粉含量标准值应越小；MB值越小，石粉含量标准值可以较大。同时根据混凝土拌和物性能试验，机制砂石粉含量较小时，混凝土保水性较差，易泌水泌浆、漏石；机制砂石粉含量较大时，混凝土需水量增大、黏稠、施工性能较差，硬化混凝土强度偏低。结合项目机制砂混凝土试拌经验及检测结果，目前项目生产使用机制砂石粉含量为4%～7%。

1.5 有害物质的含量

机制砂所含云母、有机物、轻物质、硫化物及硫酸盐、氯化物等有害物质将影响机制砂混凝土的强度和耐久性能，应严格按照标准规范要求，定期对有害物质进行检测，且相关指标符合规范要求，防止机制砂混凝土结构物产生质量缺陷或损害，耐久性不满足要求。

2 机制砂试验结果分析

2.1 自产机制砂与地方机制砂质量对比

对自产机制砂近期试验检测数据进行统计，并与地方传统机制砂进行对比，结果如表1所示。由试验结果可以看出，自产机制砂石粉含量、泥块含量、压碎指标值、细度模数、颗粒级配等指标均满足C45及以下等级混凝土标准要求，与地方传统机制砂比较有质的提高。

2.2 自产机制砂与天然河砂质量对比

对自产机制砂近期试验检测数据进行统计，并与江西宁都天然河砂进行对比，结果如表2所示。自产机制砂质量与河砂基本一致，各项指标均满足C45及以下等级混凝土技术要求，其品质达到甚至优于河砂，并且自产机制砂最大的特点是各项指标稳定可控、质量波动小。

3 机制砂混凝土试验研究分析

3.1 混凝土原材料情况

水泥：福建建福水泥股份有限公司（P·O42.5）；粉煤灰：福建永安瑞祥粉煤灰有限公司（F类Ⅱ级）；细骨料（机制砂）：峰果岭隧道进口碎石场，细度模数MX=2.9；细骨料（河砂）：宁都县梅江镇华沅砂场，细度模数MX=2.7；粗骨料：清流县嵩溪起航采石场，碎石5～31.5mm（5～10mm∶10～20mm∶16～31.5mm=20%∶60%∶20%）；减水剂：中铁十一局集团桥梁公司抚州工业分公司（聚羧酸高性能缓凝型）；水：饮用水。

表1 自产机制砂与地方机制砂试验结果对比表

表2 自产机制砂与天然河砂试验结果对比表

3.2 混凝土试拌配合比

混凝土试拌配合比采用铁路隧道工程用C40二衬泵送混凝土配合比，各项性能指标设计值为坍落度180～220mm，扩展度≥500mm，含气量2.0%～4.0%，容重2400×（1±2%），电通量≤1200C，抗渗等级P10。具体配合比各原材料用量如表3所示。

表3 隧道C40混凝土配合比

3.3 机制砂混凝土试验研究方案

根据3.2中混凝土配合比，细骨料采用机制砂和天然河砂，其他原材料保持不变，试拌自产机制砂和天然河砂混凝土，观察其混凝土拌和物和易性，检测混凝土拌和物坍落度、扩展度、含气量、容重、强度和耐久性等指标，通过比选确定机制砂混凝土的优缺点。

3.4 机制砂与河砂混凝土试验分析

通过试拌机制砂和天然河砂混凝土，相关性能分析如下。（1）混凝土拌和物和易性和外观方面。观察两种细骨料混凝土拌和物，由于其含有较多石粉，因此机制砂混凝土较黏稠，保水性较好，但机制砂颗粒棱角较多，混凝土拌和物流动性稍差，坍落度和扩展度检测指标较小。天然河砂混凝土细粉含量较少，混凝土周边有稍微泌浆，且由于河砂颗粒粒形圆润光滑，因此混凝土拌和物流动性稍好，易插捣，坍落度和扩展度指标稍大。（2）混凝土含气量。机制砂混凝土与河砂混凝土相比含气量较低，经初步分析与机制砂的颗粒棱角性及表面吸附性有关，其具体机理原因有待进一步研究。（3）混凝土强度耐久性。通过对比机制砂和河砂混凝土7d、28d和56d抗压强度值，机制砂混凝土抗压强度均比河砂混凝土稍高，且在耐久性电通量和抗渗性指标方面机制砂混凝土表现较好。河砂混凝土与机制砂混凝土各项性能检测指标如表4～表5所示。

表4 天然河砂混凝土性能指标检测结果

表5 机制砂混凝土性能指标检测结果

4 结束语

通过两种细骨料混凝土的试拌检测研究发现，在机制砂及其他原材料各项性能指标满足标准规范要求，且检测结果相近的情况下，机制砂混凝土具有更为优异的力学性能和耐久性能，机制砂混凝土拌和物各项性能均能达到设计要求，且部分性能优于天然河砂混凝土，能够满足铁路工程高性能混凝土施工的需要，值得进一步推广应用。