[摘要]以鄂西农村山区公路工程为例，通过对机制砂母岩品质、颗粒级配及机制砂混凝土相关试验的研究，分析在公路工程中用机制砂替代天然砂的可行性，结果表明，机制砂混凝土的工作性能、力学性能满足工程要求，机制砂混凝土在山区公路建设中广泛的应用，带动了当地相关产业的发展。
[关键词]机制砂；混凝土；公路工程；颗粒级配
1前言
在我国湖北西部、贵州、四川等农村山区，经济发展相对落后，用于交通建设的河砂资源相对稀缺，在高速公路工程中机制砂的使用已经得到普及。湖北恩施地区属于典型的山区，地势起伏大，矿石资源丰富，恩施地区高速公路工程，混凝土工程量巨大，需要大量的砂作为工程材料。建恩高速第一标段位于恩施土家族苗族自治州白杨坪镇，位于恩施州的东北部，白杨坪镇地形复杂、地势险峻，森林覆盖面积达80%，有白马塘天然牧场、响板溪、金丰水库等自然资源，有铁、磷、硒、石灰岩、高岭土等矿产资源。建恩高速的建设，对白杨坪镇及沿途乡镇的工程建材、饮食服务、商贸、运输、劳务等一系列产业的发展有着重要的作用，促进当地经济繁荣，增加沿线农民收入。以鄂西地区的建恩高速公路项目为实例，研究机制砂混凝土在鄂西山区公路中的应用。
2工程概况
建恩高速公路是指银川至百色高速公路（G69）的联络线安来高速公路（G6911）湖北境内从建始县（陇里）至恩施市（罗针田）段，是西部大开发重点公路“八纵八横”骨架公路中的“纵三”线安来高速公路的重要路段，是加快鄂西生态文化旅游圈建设，统筹鄂西城乡发展战略的重点建设项目。建恩高速起于建始县，途径经建始县城、白杨坪等五个乡镇，全长75.03km，其中主线71.6km，支线3.43km。全线的设计速度为80km/h，采用的是双向四车道高速公路标准建设，设有6处落地互通和2处枢纽互通。建恩高速主要途径地区为山区，沿线河砂资源紧张，地势起伏较大，路况复杂，河砂的运输成本较高。因此，充分利用到当地的自然条件，把鄂西山区天然的石灰岩资源用于机制砂的生产，投入到当地的高速公路的建设中，可以缓解当地河砂资源紧张的状况，还可以带动当地经济的发展，提高当地居民的收入，促进机制砂混凝土技术的应用和发展。
3机制砂的特性
3.1机制砂生产机制砂为经除土处理，由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石、矿山尾矿或工业废渣颗粒，但不包括软质、风化的颗粒，俗称人工砂。一套完整的机制砂生产线基本包括“三级级筛分，三级破碎，砂石联产”等特点，根据制砂过程中用水量的多少和作用，可将制砂工艺分为干法制砂、湿法制砂和半干法制砂。目前，无论是生产碎石还是碎石与机制砂联产，其粗碎均采用鄂式破碎机，而中碎大都采用反击式破碎机，而细碎制砂机通常选取棒磨机和冲击式破碎机，及其复合式破碎机。建恩高速第一标段自建石料场的生产线工艺采用的是湿法制砂工艺。建恩高速第一合同段现浇梁所用的机制砂，为自办石料厂生产的水洗机制砂，经试验分析得，机制砂的石粉含量为6.2%，细度模数为3.1，属于Ⅱ类机制砂，表观密度为2.724g/cm3，堆积密度为1.540g/cm3。3.2机制砂母岩机制砂母岩品质对机制砂的质量有很重要的影响，从而影响着混凝土的质量。在我国，机制砂的母岩种类主要有玄武岩、花岗岩、石灰岩等。通过前期调研勘察，湖北恩施山区分布着广泛的石灰岩，在山区的公路建设中，采用当地的原材料生产机制砂，可以保护当地河砂资源，减少工程造价。母岩的强度要求应满足表1。3.3机制砂的级配机制砂的级配影响机制砂混凝土的工作性能、强度、及耐久性。从一标段自建的石料场随机取三组机制砂样品ms-1、ms-2、ms-3，进行筛分计算得出三组的颗粒级配，并绘制出颗粒级配曲线如图1。
4机制砂混凝土的原材料特性
4.1骨料粗骨料采用一标段自建石料场的4.75～9.5mm，9.5～19mm按照15%：85%的配比，进行两级掺配。细骨料采用一标段自建石料场机制砂Ⅱ类，机制砂具体的试验结果见表2。4.2减水剂采用湖北江城子建材公司减水剂，掺量1.5%。4.3水泥采用泰丰水泥公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥，其性能指标见表3。4.4矿物掺合料采用华电实业有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰，其主要指标见表4。
5机制砂混凝土配合比设计
机制砂混凝土配合比的设计，应按照JTG/TF50-2011普通混凝土配合比设计规程，JGJ55-2011混凝土结构耐久性设计规范[6]的要求进行配合比设计，针对石灰岩机制砂的特性，根据工程设计的要求，进行反复试验调整配合比，满足混凝土适配强度、工作性能等方面的要求。
6机制砂混凝土的工程应用
以湖北建恩高速公路为例，机制砂混凝土在实际工程得到了应用。该高速公路设计速度80km/h，采用双向四车道标准建设，路基宽度为24.5m，设有6处落地互通和2处枢纽互通，山区地况较差，工程环境复杂，建设难度较大。以建恩高速的现浇梁浇筑的C50混凝土的配合比为例。具体配合比见表5。经过反复试验并结合当地机制砂的特性，最终确定施工理论配合比每立方材料用量见表6。现浇梁浇筑、养护并拆模后对现浇梁洒水养护，梁整体外观平整、无明显蜂窝麻面，梁体完整性较好。对相同条件养护试件和标准条件养护试件进行抗压强度试验及回弹强度检测，试验表明强度在60MPa左右。
