陳祥榮，秦勤，陽(yáng)岸波

（1.桂林信強(qiáng)混凝土有限公司，廣西 桂林 541004；2.桂林銳龍混凝土有限公司，廣西 桂林 530000）

0 前言

混凝土是現(xiàn)代土木工程用量最大的建筑材料，其中砂是混凝土的重要組成部分。目前我國(guó)處于工程建設(shè)的高峰期，建筑用砂需求十分巨大。由于連年超量開(kāi)采，使得天然河砂資源日漸枯竭而且天然河砂的質(zhì)量也越來(lái)越差。采用機(jī)制砂代替天然砂配制混凝土是擺在我們面前的一項(xiàng)重要任務(wù)。桂林地區(qū)擁有非常豐富的石灰石巖資源。石屑是生產(chǎn)碎石過(guò)程中篩出的副產(chǎn)品，每加工100t 的碎石，就會(huì)產(chǎn)生20～30t 的石屑，它作為石場(chǎng)的廢棄物，既占用場(chǎng)地又污染環(huán)境，目前多用于道路填方。若將石屑用于混凝土中取代河砂、機(jī)制砂將會(huì)產(chǎn)生較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。而對(duì)于石屑代砂制備混凝土，我國(guó)已有較多研究，但在高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用還很少，一個(gè)很重要的原因是對(duì)石屑性能的系統(tǒng)性研究不足, 對(duì)石屑的質(zhì)量以及其對(duì)混凝土性能影響的規(guī)律掌握不足。因此合理使用機(jī)制砂配制高強(qiáng)度等級(jí)混凝土具有重要的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)意義。本文主要闡述石屑在C55 混凝土配合比設(shè)計(jì)中的研究以期能推進(jìn)石屑在混凝土中的應(yīng)用。

1 原材料

1.1 水泥

廣西興安海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5，其物理性能指標(biāo)如表1。

表1 水泥物理性能指標(biāo)

1.2 粒化高爐礦渣粉

廣西柳州臺(tái)泥S95 級(jí)礦粉，性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 S95 礦粉物理性能指標(biāo)

1.3 粉煤灰

廣西桂林國(guó)電永福發(fā)電有限公司生產(chǎn)的II 級(jí)粉煤灰。性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 II 級(jí)粉煤灰無(wú)力性能指標(biāo) %

1.4 減水劑

天津同祥科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的TX-B 泵送劑，其物理性能見(jiàn)表4。

表4 TX-B 泵送劑性能指標(biāo)

1.5 機(jī)制砂

河卵石機(jī)械破碎篩洗生產(chǎn)的II 類(lèi)機(jī)制砂，針片狀顆粒稍多，壓碎指標(biāo)值4.0%，細(xì)度模數(shù)2.9，表觀密度2630kg/m3，石粉含量4.0%，泥塊含量0.5%，亞甲藍(lán)MB 值1.0，空隙率40%，顆粒級(jí)配見(jiàn)表5。

表5 機(jī)制砂與石屑顆粒級(jí)配 %

1.6 石屑

由5～10mm 石機(jī)械破碎加工而成，顆粒形狀基本成球形，針片狀顆粒極少，壓碎指標(biāo)值4.0%，細(xì)度模數(shù)3.4，表觀密度2740kg/m3，石粉含量7.4%，泥塊含量0.6%，亞甲藍(lán)MB 值0.9，空隙率40%，屑顆粒級(jí)配見(jiàn)表5。

1.7 石子

石灰石質(zhì)巖，5～25mm 碎石，表觀密度2735 kg/m3，含泥量0.4%，泥塊含量0.3%，針片狀顆粒含量3%，壓碎指標(biāo)值10%。

2 試驗(yàn)方法及混凝土配合比設(shè)計(jì)指標(biāo)

根據(jù)JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行機(jī)制砂原始配方設(shè)計(jì)，參考朱效榮等《現(xiàn)代多組分混凝土理論》在原始配合比的基礎(chǔ)逐漸摻礦粉替代部分水泥，確定礦粉的最佳摻量，然后石屑逐步增加，石屑取代機(jī)制砂的比例，甚至全部使用石屑配制C55 混凝土，通過(guò)對(duì)比石屑摻量與28 天抗壓強(qiáng)度的關(guān)系，最后確認(rèn)石屑在C55 混凝土中應(yīng)用的可行性。C55混凝土設(shè)計(jì)要求坍落度大于220mm,擴(kuò)展度大于600mm，倒坍落度筒流出時(shí)間小于15 秒且1 小時(shí)坍落度損失小于10%。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3.1 機(jī)制砂C55混凝土配合比的確認(rèn)

由于高強(qiáng)混凝土膠凝材料比較富足，粘性偏大，為了能達(dá)到良好的工作性，必須保證大流動(dòng)性，抗離析性和良好的保水性，同時(shí)機(jī)制砂粒形多呈三角體或方矩體(有些片狀顆粒較多)，表面粗糙顆粒尖銳有棱角，影響混凝土的流動(dòng)性，所以在設(shè)計(jì)的同時(shí)要經(jīng)過(guò)試拌確定好減水劑的最佳摻量。機(jī)制砂的雙摻配合比及拌合物性能見(jiàn)表6。

根據(jù)表6 我們看出，在保證其他材料用量不變的情況下，礦粉摻量（取代水泥的量）為15%和30%時(shí)，無(wú)論7d 還是28d 混凝土強(qiáng)度都比沒(méi)摻礦粉的混凝土（試驗(yàn)編號(hào)1）強(qiáng)度高，但當(dāng)?shù)V粉摻量提高到50%，混凝土的強(qiáng)度降低。礦粉在一定范圍內(nèi)取代水泥，混凝土強(qiáng)度增大可能是由于：礦粉取代水泥，在礦渣微粉吸收水泥水化時(shí)形成的 Ca(OH)2，并進(jìn)一步水化生產(chǎn)更多有利的 C-S-H 凝膠，使界面區(qū)的Ca(OH)2晶粒變小，改善了混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，使水泥漿體的空隙率明顯下降，強(qiáng)化了集料界面粘結(jié)力。摻入15%和30%礦粉的混凝土，其粘性比不摻礦粉的低、坍落度和擴(kuò)展度大、倒坍落度筒流出時(shí)間短，當(dāng)達(dá)到50%摻量的時(shí)候，混凝土拌合物出現(xiàn)輕微泌水板結(jié)，這些現(xiàn)象和數(shù)據(jù)說(shuō)明，在一定范圍內(nèi)，礦粉的摻入能夠改善混凝土的施工性能，1 小時(shí)的坍落度損失也滿(mǎn)足我們初定要求。本實(shí)驗(yàn)最終確定試驗(yàn)編號(hào)3（礦粉摻量為30%的配方）為最佳配比。

表6 機(jī)制砂C55 混凝土配合比及拌合物性能

表7 石屑C55 混凝土配合比及拌合物性能

3.2 石屑C55混凝土配合比的確認(rèn)

在原機(jī)制砂C55 混凝土最佳礦粉摻量配合比的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)分別以石屑分別取代機(jī)制砂30%、50%、75%、100%做混凝土試驗(yàn)，得出混凝土相關(guān)性能數(shù)據(jù)如表7。

從表7 可以看出，用石屑取代機(jī)制砂，混凝土的坍落度和擴(kuò)展度變化不大；倒坍落度流出時(shí)間比全機(jī)制砂的C55 混凝土要低一些，且倒坍落度流出時(shí)間變化不大，均能保持在12 秒上下；1 小時(shí)坍落度損失小于10%，都滿(mǎn)足試驗(yàn)前對(duì)C55 混凝土設(shè)計(jì)的要求。使用石屑的混凝土7d 和28d 的抗壓強(qiáng)度都比全部使用機(jī)制砂配制的混凝土強(qiáng)度要高些，當(dāng)石屑全部取代機(jī)制砂時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度最大。原因可能是：（1）石屑代替機(jī)制砂作為細(xì)骨料，由于石屑質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙、有棱角、且針片狀少，與水泥的粘結(jié)性能好，石屑的顆粒級(jí)配好于砂，表觀密度也大于砂，使摻入石屑的混凝土強(qiáng)度高于普通混凝土；（2）石粉中含有大量的 SiO2、CaO、Al2O3等化學(xué)成分，在水泥水化過(guò)程中，易形成堅(jiān)硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣，從而進(jìn)一步提高混凝土的強(qiáng)度；（3）由于石屑所含石粉較多，石粉改善了骨料的顆粒級(jí)配，石粉的填充效應(yīng)使得水泥石變得密實(shí)，減少了空隙率從而提高了強(qiáng)度。單純考慮抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)方面，試驗(yàn)編號(hào)8（石屑取代機(jī)制砂100%）是最佳配合比。

4 總結(jié)

（1）本實(shí)驗(yàn)得出的礦粉的適宜摻量在30%～45%之間，可根據(jù)不同的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)要求進(jìn)行選擇。礦粉的摻入大大改善了C55 混凝土的粘性，改善了混凝土的流動(dòng)性，因?yàn)樗?、礦粉、粉煤灰三種顆粒直徑大小不一。從膠凝材料顆粒級(jí)配來(lái)說(shuō)，正因?yàn)槿N材料顆粒粒徑不同，更有利于增加混凝土的密實(shí)度，有利于強(qiáng)度的增加。一定程度來(lái)說(shuō)，也起到減少用水量的作用。在用水量不變的情況下，流動(dòng)性自然會(huì)改善不少，粘性也會(huì)降低。

（2）由于石屑的顆粒形狀為球狀，相對(duì)于機(jī)制砂比較圓滑，所以其流動(dòng)性要優(yōu)于機(jī)制砂，倒坍落度流出時(shí)間小。石粉中含有大量的 SiO2、CaO、 Al2O3等化學(xué)成分，在水泥水化過(guò)程中，易形成堅(jiān)硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣，從而進(jìn)一步提高混凝土的強(qiáng)度；同時(shí)由于石屑所含石粉較多，石粉改善了骨料的顆粒級(jí)配，石粉的填充效應(yīng)使得水泥石變得密實(shí)，減少了空隙率，提高了強(qiáng)度。

（3）通過(guò)試驗(yàn)研究可知，石屑配制C55 混凝土滿(mǎn)足強(qiáng)度和各項(xiàng)工作性能要求，且優(yōu)于機(jī)制砂配制的C55 混凝土的性能。無(wú)論從環(huán)保還是經(jīng)濟(jì)方面考慮，都值得繼續(xù)研究和推廣應(yīng)用。

（4）滿(mǎn)足JGJ/T241-2011《人工砂混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中細(xì)集料要求的石屑均可以配制C55 混凝土，有條件的情況下，盡量選擇石粉含量低的石屑或者再加工為低石粉含量的人工砂。部分學(xué)者指出，由于石粉的存在石屑混凝土在相同條件下比普通混凝土的收縮大，更容易產(chǎn)生早期裂縫，因此施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)石屑混凝土加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)。

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