石屑混凝土商品化试验研究

(深圳中铁二局工程公司，广东省深圳市，518052)

　　摘要:通过优选高效减水剂和配合比，改善石屑代砂混凝土需水量大和坍落度经时损失大的缺点，使其适应商品化生产，并对石屑代砂混凝土的力学性能、抗渗性能及收缩进行了测试，证明石屑代砂应用于商品混凝土是可行的。

　　关键词:混凝土石屑混凝土泵送混凝土

　　以前对石屑混凝土的使用和研究，主要集中在云南、贵州等河砂资源缺乏地区，近年来，深圳市随着商品混凝土的大面积应用，混凝土的用量迅猛增大，混凝土各种原材料用量也剧增。由于深圳地区淡水砂资源紧缺，商品混凝土市场淡水砂货源不足的情况时有发生。一些采自江河近海地段的砂也开始流人市场。

　　这些砂含有较高的Cl-，用于钢筋混凝土，将会造成混凝土耐久性方面的隐患。而石屑作为石场生产碎石的副产品，大多被作为废料丢弃，甚至还要为此付出一定的费用。以我公司下属一搅拌站自用石场为例，年生产碎石约60万t，由此生成石屑约10万t，如此大量的石屑不仅没有被利用，还要付出不菲的处理费用。

　　2000年 ，香港西部铁路预制构件供应商希望我们能为其供应以石屑代砂的C50商品混凝土，用于制造西部铁路的隧道拱圈，并称香港西部铁路公司允许这些构件使用石屑代砂混凝土(简称石屑混凝土)，其理由是通常石屑中Cl一含量很低，对钢筋混凝土的耐久性有利，同时还可以节约自然资源。这给了我们极大的震动，促进了我们开展石屑混凝土的试验研究，并经过大量的试配试验，成功完成了该混凝土的供应任务。这次生产初步积累了研究资料，增强了将石屑混凝土商品化的信心。

　　实现石屑混凝土商品化，在技术上存在较大困难，原因之一是石屑的粒形差不如砂规整，影响混凝土的工作性;二是石屑中含有较多石粉，石粉的吸水率较高，比表面积较大，会吸附较多的水泥浆体，宏观表现为混凝土需水量偏大且坍落度经时损失较大。香港西部铁路预制隧道拱圈的C50石屑混凝土，因其为预制生产工艺，要求的混凝土坍落度较小，所以实际操作起来并不算太困难，但如今泵送混凝土已经成为商品混凝土的主流，如果要真正意义上实现石屑混凝土商品化，首先要解决石屑混凝土的工作性，特别是可泵性难题。

1 试验用原材料

　　1.1 水泥

　　试验 采 用 海星小野田P.I 52.5水泥，f-,2: 二58.2M Pa，比表面积380M 2/k g，标准稠度用水量26.2%。

　　1.2 石屑

　　试验石屑为花岗岩质石屑，表观密度265 0k g/m3,堆积密度15 30k g/m3，小于0.08 m m的颗粒含量为7.8%，细度模数2.8 ,Cl 一含量为0.0004%，其颗粒组成见表1。

　　1.3 碎石

　　试验用碎石为花岗岩质碎石，5一25m m连续级配，表观密度2 650 kg/m3，紧密密度1 500 kg/ m"

　　1.4 粉煤灰

　　试验采用东莞虎门沙角电厂产I级粉煤灰。

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　　1.5 混凝土减水剂

　　试验采用深圳海普清华公司产HIP一A1000型高效减水剂，含固量20%，主要成份为蔡系减水剂，复合部份氨基磺酸系减水剂。

2 混凝土配合比优选及试验结果分析

　　2.1 混凝土配合比优选

　　由于石屑混凝土实现商品化的真正难点在于实现大流动性、高工作性且坍落度经时损失小，所以本试验研究以泵送混凝土目标为主，兼顾小坍落度混凝土。

　　由于所用石屑小于0.08 m m的颗粒含量较大，达到7.8%，要从石屑中筛除这部份细小颗粒不仅困难，而且费钱，这将影响到石屑混凝土商品化的经济可行性。如果不能筛除这部份细颗粒，将对混凝土的工作性有较大影响，主要体现在混凝土需水量增大，同时坍落度经时损失增大。考虑到筛除这些细颗粒较困难，我们确定了优选高性能混凝土减水剂解决工作性问题的路线。通过大量试拌，同时兼顾经济性比较，我们选择了深圳海普清华公司产HIP一A1000高效减水剂，该减水剂复合了部份氨基磺酸系减水剂成份，其增大减水率和降低混凝土坍落度经时损失性能较好，且成本与纯蔡系高效减水剂比较增加不多。经优选试验确定的C20一C50石屑混凝土配合比及拌合物性能见表2。

　　从表 2 可 以看出，通过选用合适的高效减水剂，石屑混凝土的坍落度经时损失可以控制在商品混凝土生产允许水平。从实际生产情况看，各强度等级石屑混凝土拌合物工作性均较好，而且石屑泵送混凝土泌水少，可泵性良好，这主要是由于深圳地区使用的天然砂小于0.31 5m m的细颗粒含量往往偏少，泵送混凝土泌水较大，而石屑中含有较多的细颗粒正好弥补了这一缺点。实际生产也证明石屑混凝土拌合物密度与同强度等级的河砂混凝土差别不大。

　　2.2 力学性能试验及结果分析

　　采用表2配合比制作的标准养护试件混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度及弹性模量试验结果见表3。

　　从各强度等级石屑混凝土的立方体抗压强度试验结果看，用石屑配制C20一C50强度等级的商品混凝土能达到规范要求;从石屑混凝土的轴心抗压强度的试验结果看，各强度等级石屑混凝土28 d轴心抗压强度与28 d立方体抗压强度的比值均大于《混凝土结构设计规范》的采用值0.76，其平均值为0.79,且比值稳定，这说明石屑混凝土立方体抗压强度对应的轴心抗压强度是安全的;从表3还可以看出，各强度等级石屑混凝土的弹性模量也达到了《混凝土结构设计规范》中混凝土结构设计采用的弹性模量。

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　　2.3 混凝土抗渗性能

　　由于商品混凝土经常有抗渗性能要求，我们还对表3中部份石屑混凝土的抗渗性能作了测试，结果见表4。

　　从表4试 验结果可以发现，石屑混凝土具有优良的抗渗性能。石屑中含有较多的细颗粒，填充于混凝土内部孔隙，显然是改善混凝土内部孔隙结构，使其更致密，从而提高抗渗性能的重要原因。石屑混凝土优良的抗渗透性能也在一定程度上表明其具有良好的耐久性。

　　2.4 混凝土收缩

　　为检验石屑中所含石粉对混凝土收缩性能的影响，从表2中选取试验编号为02(C25)、05(C35)和09(C50)三个强度等级的混凝土测定石屑混凝土的收缩变形，并与相同强度等级及工作性能的河砂混凝土配合比作比较，见表5。

　　表5中河砂混凝土采用的河砂为I区中砂，细度模数2.8，减水剂为蔡系高效减水剂，含固量为20%。从对比用的河砂混凝土配合比看，相同强度等级河砂混凝土的W/ B较石屑混凝土的W/ B略小，这意味着相同W/ B时，石屑混凝土的强度较河砂混凝土强度略高。初步分析有两个原因:一是石屑的表面往往较粗糙，并带有棱角，使石屑与浆体的机械咬合力增强;二是由于石屑的吸水率较河砂大，使得混凝土内有效W/B降低，特别是降低了石屑与浆体结合界面的W/B，改善了界面结构。相对而言，后一种因素起了决定性作用。

　　收缩试验室的环境温度为(2012)9C，由于试验条件的限制，本试验实测的空气相对湿度平均值为73%，无法达到标准试验方法要求的相对湿度。由于相对湿度对测量结果影响较大，因而对比试验只进行了60 d。为了尽可能地使测量更准确，试验中将每一个试件对应一台收缩测定仪，且试件一直安装在收缩测定仪上，直至测量结束，测量结果见图1。

　　从图1可 以看出，相同环境条件下同强度等级的石屑混凝土收缩比河砂混凝土要大一些，这可能是同强度等级石屑混凝土单方用水量要比河砂混凝土大，其中部份水是被石屑吸收，这部份水的蒸发会增大混凝土收缩;另外一个原因可能是石屑中细颗粒的坚固性较河砂差，从而影响了混凝土收缩。总体看来中低强度等级的石屑混凝土收缩较同强度等级的河砂混凝土增加不是很明显，而石屑C50混凝土收缩较中低强度等级的混凝土明显偏高，所以在配制较高强度等级石屑混凝土时应进一步研究改善收缩性能的方法和措施。

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3 经济性比较

　　石屑混凝土除了应该具有环保方面的积极意义外，还希望它可以降低混凝土经济成本。下面采用上述三个有代表性的河砂配合比与石屑混凝土经济成本作一比较。比较用材料价格为水泥340元/t、粉煤灰105元/t、淡水河砂45元/t、石屑(不需费用)、碎石30元/t,HIP一A1000为1650元/t、纯蔡系高效减水剂1 400元/t，水1.2元/t，比较结果见表6。

　　从表6可以看出:石屑混凝土的原材料成本较河砂混凝土低，对于相同的强度等级和工作性要求，石屑混凝土比河砂混凝土要低约31元/m3(三个强度等级平均值)。在计算混凝土原材料成本时，我们选取的是正常情况下的河砂价格，在河砂紧缺时其价格可以达到正常情况时的两倍，随着人们对江河环境保护意识的增强，未来河砂开采必然会逐渐受到更多的限制，其价格也必然会逐步走高，因此采用石屑配制混凝土的经济优势及环保优势将更加明显。

4 结语

　　通过高效减水剂和配合比优选在目前条件下可以配制出工作性好、坍落度经时损失小等要求的石屑代砂商品混凝土。石屑代砂混凝土的力学性能可以满足《混凝土结构设计规范》要求，具有优良抗渗性能，能够保证建筑结构物的安全要求。由于石屑中C1一含量通常很低，对钢筋混凝土结构的耐久性能也是很有益的。高强度等级石屑混凝土的收缩较河砂混凝土偏高，这要在石屑质量上加以控制，避免石粉含量过高，施工时也要加强混凝土养护工作。高强度等级石屑混凝土收缩较大的机理需要从原材料、配合比以及混凝土微观结构等方面进一步研究，得出其规律性，从而尽可能地改善石屑混凝土的收缩性能。

　　本次试验研究表明，石屑混凝土实现商品化是可行的，以石屑代砂生产商品混凝土，不仅可以节约自然资源和保护生态环境，而且可以显著降低混凝土生产成本，节约社会财富。相关的主管部门如果能组织专家及科研单位对此进行科研论证，对石屑的质量要求标准化并加以推广，则将是混凝土行业的幸事，也是我们国家环保事业的幸事。

　　参考文献

　　1 洪锦祥，等.石灰石石屑混凝土力学性能研究.混凝土与水泥制品 ，2002(4)

　　2 雍本.特种混凝土设计与施工