我国铁路工程机制砂混凝土应用现状及存在问题

我国铁路工程机制砂混凝土应用现状及存在问题

摘要：2011年，国家质量监督检验总局、国家标准化管理委员会批准修订了

《建设用砂》GB/T14684-2011。新标准明确了机制砂在混凝土工程中的应用规范，此后，铁路混凝土工程中机制砂的应用迅猛发展。实践中人们发现，在河砂缺乏

的地区或河砂偏细的地区，机制砂比河砂在质量和价格方面更具优势。机制砂用

于山岭隧道的施工，具有得天独后的优势。

关键词：铁路工程；机制砂；混凝土；石粉；预应力结构

引言

受天然河砂限采政策及季节性开采的制约，机制砂已经成为天然河砂的绿色替代品。针

对我国铁路混凝土的工程特点，论述机制砂混凝土性能特点，探讨机制砂在我国铁路现浇结

构和预应力构件中应用现状及存在问题，提出应建立适应于铁路工程特点的思路，以期规范

和提升铁路工程机制砂混凝土的工程质量。

1铁路混凝土工程特点

1.1条带状分布、跨越区域大

铁路工程是一种条带状结构形式，客观上必须穿越不同环境区域，具有跨距大、就地取

材难、作用环境复杂等特点。不同地域原材料性能差异与铁路混凝土原材料必须就地取材之

间的矛盾是制约铁路工程机制砂混凝土应用最为关键的问题。

1.2混凝土原材料需求分散、供货难

由于铁路工程条带状分布、跨越区域大的特点，形成了铁路独有的“一线多点”的工作模式，即一定区域内的铁路建设需要多个标段来共同完成。造成铁路混凝土原材料需求的分散性。此外，考虑到铁路施工单位周边交通不便，这些因素也造成了混凝土原材料供货难的特点。

1.3铁路工程结构复杂、混凝土性能需求高

铁路工程包括上部轨道结构和下部基础结构两大部分，上部轨道结构分为有砟轨道和无

砟轨道两大类，下部基础结构含有桥梁、隧道和路基等不同类型。不同结构铁路混凝土对其

工作性能、力学性能和耐久性能需求不同。例如，轨道板和双块式轨枕等铁路混凝土坍落度

不高于160mm，强度等级为C60，采用工厂预制和蒸汽养护的方式制备；灌注桩、墩承台、

隧道衬砌等铁路混凝土坍落度在200mm左右，强度等级在C30～C50，采用泵送、斗送的施

工方式；CRTSⅢ型板式无砟轨道自密实混凝土扩展度≤680mm，采用自密实方式成型。值得

注意的是，铁路混凝土还使用了超高强度等级的活性粉末混凝土，如电缆槽盖板的强度等级

为C120。此外，为保证混凝土在特定服役环境下的耐久性，同一强度等级混凝土在抗冻性、

抗渗性、抗侵蚀性、抗磨蚀性等方面又提出了不同要求。

1.4施工方式多样

铁路工程复杂的结构特征和性能要求决定了铁路混凝土施工方式的多样性。例如，有采

用泵送方式施工的墩身承台、隧道衬砌、无砟轨道等现浇结构，有采用自密实混凝土施工的

灌注桩、CRTSⅢ型板式无砟轨道充填层，还有采用泵送或斗送方式施工的轨道板、轨枕、梁

等预制构件结构。

2机制砂在铁路工程中的应用

2.1现浇结构

宜万铁路龙王庙大桥23个百米墩台采用机制砂泵送混凝土浇筑，在调整机制砂级配、

选择适当水泥用量和掺加粉煤灰等矿物掺合料的配合比优化措施上，机制砂混凝土浇筑顺利，后期强度符合设计要求，机制砂混凝土在高墩施工技术中具有良好的应用前景。石武客专二

标线下工程中，采用机制砂混凝土制备了桩基、承台和墩柱等结构，实体结构中混凝土56d

强度大于40MPa，56d电通量小于750C，符合该铁路结构的设计要求。在京沪高铁14和22

工区内，优化机制砂级配区间和控制石粉含量，采用机制砂制备了桩基、承台和墩柱用机制

砂混凝土，混凝土坍落度为160~210mm，28d抗压强度为33.6~43.7MPa，满足混凝土工作性

能和力学性能要求。铁科院利用工矿业排放量最大的固体废物（尾砂）替代桩中河砂，制备

出远距离泵送性能好、平均强度为28.8MPa的尾砂桩体材料，并将尾砂桩体材料成功应用于

京沪高铁DK190+124.0—DK190+140.0，减少了桩头截取量，降低了桩体原材料成本[33]。

2.2预应力构件

早在20世纪90年代初，铁科院在都匀桥梁厂和太原轨枕厂均采用机制砂制备了机制砂

混凝土轨枕，研究采用机制砂混凝土制备铁路预应力构件的可能性。为解决铁路工程天然河

砂资源严重短缺及机制砂混凝土预应力构件技术储备少等突出问题，近年来，铁科院围绕实

现铁路工程机制砂生产监测信息化、面向不同岩性机制砂混凝土制备及机制砂混凝土预应力

构件服役性能控制等关键技术问题开展系统研究，提出铁路工程预应力混凝土构件用机制砂

性能与生产技术要求，实现了机制砂生产过程的在线监测和实时传输，配制出满足标准要求

的机制砂混凝土T梁、轨道板、轨枕，部分科研成果已通过原中国铁路总公司科技和信息化

部组织的试用评审并已上线试用。

2.3技术瓶颈与标准制约

在铁路工程混凝土领域，以TB/T3275《铁路混凝土》为代表的基础标准规定细骨料应选用级配合理、质地坚固、吸水率低、孔隙率小的洁净天然河砂或母材检验合格、经专门机组

生产的机制砂，不应使用海砂。而铁路工程混凝土梁、轨枕、轨道板等预应力制品标准中均

要求细骨料应完全使用天然河砂。由于天然河砂资源短缺，目前我国西南地区铁路线下工程

混凝土大都采用机制砂，如桩基、承台、墩身、初支、二衬、仰拱等结构部位。而梁、轨枕、轨道板等预应力构件均采用外运天然河砂。受河砂限采政策的影响，河砂成本高达350元/t，且连续供应困难。工程实践表明，机制砂在我国铁路工程中的应用仍存在以下问题：

2.3.1机制砂生产“小乱差”，品质不一

机制砂基于地方矿石资源生产加工而成，由于铁路工程条带状分布、跨区域广的特点导

致其面临母材岩性复杂、管理困难的问题。此外受传统轻视混凝土骨料观念、我国机制砂生

产设备水平及市场因素的影响，致使一些企业生产的机制砂品质难以满足铁路工程混凝土技

术要求，不同厂家甚至同一厂家不同批次生产的机制砂性能也存在很大差异。

2.3.2机制砂标准体系不完善

目前我国铁路行业标准允许低强度等级、非预应力结构采用机制砂制备混凝土，但是缺

少机制砂的生产与质量控制、机制砂混凝土配合比设计等规范性指导文件，而在预应力结构中，现行仍禁止机制砂在预制梁、轨道板、轨枕等预应力构件中应用。

2.3.3机制砂混凝土结构性能技术储备少