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1、隧道洞渣绿色利用及机制砂在铁路工程混凝土中应用摘要：近些年，在山区铁路建设中天然河砂资源已日趋匮乏，而在铁路隧道建 设过程中，隧道洞渣往往得不到有效利用，弃渣不仅占用土地资源，还对周围的 环境造成影响。本文以郑万高铁湖北段罗家山隧道为依托，对岩石隧道洞渣在混 凝土工程中的绿色利用及关键技术进行研究。关键词：隧道洞渣；制备工艺；机制砂；机制砂混凝土一、工程背景郑万高铁湖北段罗家山隧道全长10640m，位于神农架林区东部和荆山山脉北端的接合 部位，主要以页岩夹砂岩、页岩、灰岩、白云岩、白云岩夹页岩为主。隧道洞渣数量大，隧址 范围内适合弃渣的场地很少且运距远。面临着隧道洞渣弃渣困难、天然河砂资源匮乏
2、、生态 环境保护等一系列问题，结合罗家山隧道地质岩性特点，综合分析隧道洞渣绿色利用技术， 洞渣制备机制砂取代河砂应用铁路工程混凝土中。二、洞渣加工工艺及质量控制1洞渣甄别、筛选、分类1.1根据隧道地质预报资料与设计资料进行对照，对洞渣的岩性、强度以及风化程度进行 判断。在隧道开挖过程中，对开挖出的洞渣进行大致甄别后并在存料场分类堆放。1.2根据洞渣的岩性、强度和风化程度大致分为两类:一类是对风化程度强、中、微的岩 石洞渣、岩石抗压强度60MPa 一般只能加工成路基填料；另一类是岩石抗压强度60MPa 及以上的风化程度很低、强度高洞渣，适合开展砂石联产加工成碎石与机制砂。2洞渣岩石检验罗家山隧道
3、皿级围岩段岩石强度高、岩性稳定，该段隧道围岩主要以白云质灰岩和泥质 灰岩为主，岩石饱水抗压强度80110Mpa。2.1随机抽取10处不同部位的洞渣岩石，进行饱水抗压强度检测，试验结果如下表：洞渣岩石饱水抗压强度2.2随机抽取6处不同部位的洞渣岩石，进行碱活性检测。经检验该洞渣岩石呈灰色主要 由方解石、白云石组成，为白云质灰岩，属非碱活性骨料。3洞渣制备机制砂质量技术要求3.1依据相关规范要求，机制砂母岩抗压强度I类不宜小于80Mpa； 口类不宜小于 60Mpa；皿类不宜小于30Mpa。3.2机制砂母岩应不具备潜在碱活性。4洞渣制备机制砂工艺4.1生产线选择机制砂生产宜采用砂、石联产工艺，砂石联
4、产工艺流程可根据母岩的变化及混凝土对砂、 石要求的变化进行调整。4.2设备选择根据洞渣岩性、抗压强度不同选择设备。抗压强度大于150Mpa宜选用圆锥破。抗压强 度小于150Mpa可选用反击破。4.3生产工艺流程罗家山隧道碎石场采用的是砂石联产工艺，将甄别、筛选过的洞渣经过3级破碎工艺，即 颚式破碎机9反击式破碎机9离心冲击破碎机。湿法制砂加工工艺流程如下图：5机制砂生产质量控制5.1颗粒形状因为机制砂是由碎石轧制而成，其表面粗糙，粒形不规则，多为楞角形颗粒或片状颗粒。 不同粒形的机制砂对混凝土的和易性影响较大，理想的粒形是近似于立方体的颗粒。5.2颗料级配机制砂与天然砂相比细度粗、级配差，颗粒
5、级配不好会造成混凝土和易性差、离析泌水 等现象。控制细度模数2.73.0之间、在混凝土中大于5mm的机制砂颗粒控制在10%以内。5.3石粉含量石粉含量与含泥量都是指0.075mm的颗粒，但机制砂石粉含量明显区别于河砂的含泥 量。实践均证明，机制砂中含有适量的石粉可提高混凝土的强度，改善混凝土的和易性。三机制砂在铁路工程混凝土中应用1机制砂混凝土应用在郑万高铁建设中我标段混凝土方量约180万方，洞渣制备的机制砂应用于C40及以下 混凝土。应用最多部位是隧道衬砌C35泵送混凝土与初期支护C25喷射混凝土。2机制砂混凝土配合比设计机制砂混凝土的配合比设计方法与河砂混凝土并没有本质的不同，机制砂混凝土
6、的试配 强度、水胶比、单位用水量、水泥用量均可先参照河砂混凝土配合比设计方法，然后经试验 调整确定。2.1原材料选择机制砂混凝土所用的水泥不得掺用石灰石作混合材料；外加剂宜选择减水率高，坍落度 损失小、适量引气、低收缩率比的高性能减水剂；机制砂的级别根据混凝土设计强度等级选 择，宜优先选用中粗砂，细度模数在2.73.0。2.2配合比设计参数选取单位用水量的选择，机制砂混凝土单位用水量以天然砂混凝土根据坍落度要求进行初选。机制砂中的石粉含量超过限值时使混凝土流动性降低，则混凝土的用水量适量增加。合理砂 率的选择，不仅要考虑细度模数，还要注意机制砂石粉含量的增加将使合理砂率降低。机制 砂混凝土的砂
7、率一般较天然砂混凝土高3%5%。2.3配合比设计注意事项机制砂混凝土的工作性对用水量的改变和砂率的变化比较敏感。易造成混凝土在出机卸 料过程中离析、泵送堵管、振后泌水等现象。机制砂配制预应力高强混凝土时，应考虑机制 砂及石粉含量对混凝土弹性模量、收缩徐变的影响。3 C35衬砌混凝土配合比分析对我项目中心试验室设计的河砂与机制砂C35泵送混凝土配合比进行对比分析。主要分 析天然砂和机制砂对混凝土工作及力学性能的影响。C35衬砌混凝土配合比对比根据上表数据分析：使用机制砂拌制的C25喷射混凝土力学性能要优于天然砂，而且粉 料用量低于天然砂。实践证明机制砂拌制的C25喷射混凝土容重不宜大于2300k
8、g/m3，否则 容易造成堵管现象。5机制砂混凝土施工质量控制技术5.1加强机制砂的级配、细度模数、石粉含量检测。保证机制砂的质量稳定。5.2机制砂混凝土和易性对用水量和减水剂的改变、砂的细度模数、颗粒级配、石粉含 量以及砂率的变化比较敏感，需加强拌合物质量检测。四经济益效分析罗家山隧道洞渣156万方，可利用洞渣60万方，利用率达到38.4%。实际生产机制砂 约38万吨，生产碎石约34万吨，制备各类混凝土约40万方。产生直接经济效益约6000多 万元。五结束语从上文可以看出，山区铁路建设中大量隧道洞渣绿色综合利用是可行的。洞渣生产的机 制砂质量是可控制，采用机制砂取代河砂制备混凝土，既解决了河砂资源匮乏的困难，又保 证了施工进度，还能带来巨大经济效益。为建设技术先进、资源节约、生态环保”的现代化 高速铁路，针对性解决铁路隧道弃渣利用的关键问题。参考文献1邓涛.隧道洞渣制备机制砂及机制砂混凝土应用技术研究D.湖北:武汉理工大学,2012.
