隧道洞渣綠色利用及機制砂在鐵路工程混凝土中應用

隧道洞渣綠色利用及機制砂在鐵路工程混凝土中應用摘要：近些年，在山區(qū)鐵路建設中天然河砂資源已日趨匱乏，而在鐵路隧道建設過程中，隧道洞渣往往得不到有效利用，棄渣不僅占用土地資源，還對周圍的環(huán)境造成影響。本文以鄭萬高鐵湖北段羅家山隧道為依托，對巖石隧道洞渣在混凝土工程中的綠色利用及關鍵技術進行研究。關鍵詞：隧道洞渣；制備工藝；機制砂；機制砂混凝土一、 工程背景鄭萬高鐵湖北段羅家山隧道全長10640m，位于神農架林區(qū)東部和荊山山脈北端的接合部位，主要以頁巖夾砂巖、頁巖、灰?guī)r、白云巖、白云巖夾頁巖為主。隧道洞渣數量大，隧址范圍內適合棄渣的場地很少且運距遠。面臨著隧道洞渣棄渣困難、天然河砂資源匱乏、生態(tài)環(huán)境保護等一系列問題，結合羅家山隧道地質巖性特點，綜合分析隧道洞渣綠色利用技術，洞渣制備機制砂取代河砂應用鐵路工程混凝土中。二、 洞渣加工工藝及質量控制1洞渣甄別、篩選、分類1.1根據隧道地質預報資料與設計資料進行對照，對洞渣的巖性、強度以及風化程度進行判斷。在隧道開挖過程中，對開挖出的洞渣進行大致甄別后并在存料場分類堆放。1.2根據洞渣的巖性、強度和風化程度大致分為兩類:一類是對風化程度強、中、微的巖石洞渣、巖石抗壓強度＜60MPa一般只能加工成路基填料；另一類是巖石抗壓強度＞60MPa及以上的風化程度很低、強度高洞渣，適合開展砂石聯產加工成碎石與機制砂。2洞渣巖石檢驗羅家山隧道皿級圍巖段巖石強度高、巖性穩(wěn)定，該段隧道圍巖主要以白云質灰?guī)r和泥質灰?guī)r為主，巖石飽水抗壓強度80?110Mpa。2.1隨機抽取10處不同部位的洞渣巖石，進行飽水抗壓強度檢測，試驗結果如下表：洞渣巖石飽水抗壓強度2.2隨機抽取6處不同部位的洞渣巖石，進行堿活性檢測。經檢驗該洞渣巖石呈灰色主要由方解石、白云石組成，為白云質灰?guī)r，屬非堿活性骨料。3洞渣制備機制砂質量技術要求3.1依據相關規(guī)范要求，機制砂母巖抗壓強度I類不宜小于80Mpa；口類不宜小于60Mpa；皿類不宜小于30Mpa。3.2機制砂母巖應不具備潛在堿活性。4洞渣制備機制砂工藝4.1生產線選擇機制砂生產宜采用砂、石聯產工藝，砂石聯產工藝流程可根據母巖的變化及混凝土對砂、石要求的變化進行調整。4.2設備選擇根據洞渣巖性、抗壓強度不同選擇設備。抗壓強度大于150Mpa宜選用圓錐破?？箟簭姸刃∮?50Mpa可選用反擊破。4.3生產工藝流程羅家山隧道碎石場采用的是砂石聯產工藝，將甄別、篩選過的洞渣經過3級破碎工藝，即顎式破碎機9反擊式破碎機9離心沖擊破碎機。濕法制砂加工工藝流程如下圖：5機制砂生產質量控制5.1顆粒形狀因為機制砂是由碎石軋制而成，其表面粗糙，粒形不規(guī)則，多為楞角形顆?；蚱瑺铑w粒。不同粒形的機制砂對混凝土的和易性影響較大，理想的粒形是近似于立方體的顆粒。5.2顆料級配機制砂與天然砂相比細度粗、級配差，顆粒級配不好會造成混凝土和易性差、離析泌水等現象?？刂萍毝饶?.7?3.0之間、在混凝土中大于5mm的機制砂顆?？刂圃?0%以內。5.3石粉含量石粉含量與含泥量都是指＜0.075mm的顆粒，但機制砂石粉含量明顯區(qū)別于河砂的含泥量。實踐均證明，機制砂中含有適量的石粉可提高混凝土的強度，改善混凝土的和易性。三機制砂在鐵路工程混凝土中應用1機制砂混凝土應用在鄭萬高鐵建設中我標段混凝土方量約180萬方，洞渣制備的機制砂應用于C40及以下混凝土。應用最多部位是隧道襯砌C35泵送混凝土與初期支護C25噴射混凝土。2機制砂混凝土配合比設計機制砂混凝土的配合比設計方法與河砂混凝土并沒有本質的不同，機制砂混凝土的試配強度、水膠比、單位用水量、水泥用量均可先參照河砂混凝土配合比設計方法，然后經試驗調整確定。2.1原材料選擇機制砂混凝土所用的水泥不得摻用石灰石作混合材料；外加劑宜選擇減水率高，坍落度損失小、適量引氣、低收縮率比的高性能減水劑；機制砂的級別根據混凝土設計強度等級選擇，宜優(yōu)先選用中粗砂，細度模數在2.7?3.0。2.2配合比設計參數選取單位用水量的選擇，機制砂混凝土單位用水量以天然砂混凝土根據坍落度要求進行初選。機制砂中的石粉含量超過限值時使混凝土流動性降低，則混凝土的用水量適量增加。合理砂率的選擇，不僅要考慮細度模數，還要注意機制砂石粉含量的增加將使合理砂率降低。機制砂混凝土的砂率一般較天然砂混凝土高3%?5%。2.3配合比設計注意事項機制砂混凝土的工作性對用水量的改變和砂率的變化比較敏感。易造成混凝土在出機卸料過程中離析、泵送堵管、振后泌水等現象。機制砂配制預應力高強混凝土時，應考慮機制砂及石粉含量對混凝土彈性模量、收縮徐變的影響。3C35襯砌混凝土配合比分析對我項目中心試驗室設計的河砂與機制砂C35泵送混凝土配合比進行對比分析。主要分析天然砂和機制砂對混凝土工作及力學性能的影響。C35襯砌混凝土配合比對比根據上表數據分析：使用機制砂拌制的C25噴射混凝土力學性能要優(yōu)于天然砂，而且粉料用量低于天然砂。實踐證明機制砂拌制的C25噴射混凝土容重不宜大于2300kg/m3，否則容易造成堵管現象。5機制砂混凝土施工質量控制技術5.1加強機制砂的級配、細度模數、石粉含量檢測。保證機制砂的質量穩(wěn)定。5.2機制砂混凝土和易性對用水量和減水劑的改變、砂的細度模數、顆粒級配、石粉含量以及砂率的變化比較敏感，需加強拌合物質量檢測。四經濟益效分析羅家山隧道洞渣156萬方，可利用洞渣60萬方，利用率達到38.4%。實際生產機制砂約38萬噸，生產碎石約34萬噸，制備各類混凝土約40萬方。產生直接經濟效益約6000多萬元。五結束語從上文可以看出，山區(qū)鐵路建設中大量隧道洞渣綠色綜合利用是可行的。洞渣生產的機制砂質量是可控制，采用機制砂取代河砂制備混凝土，既解決了河砂資源