石屑居然可以讓每方混凝土便宜這么多

  隨著我國(guó)基本建設(shè)的快速發(fā)展，混凝土的需求量越來(lái)越大。在普通混凝土中，骨料的用量大約為混凝土體積的70％～80％，然而我國(guó)砂資源分布極不均勻，并且由于長(zhǎng)期的過(guò)度開(kāi)采使天然砂的質(zhì)量和數(shù)量越來(lái)越難以滿足工程建設(shè)的需要。而采石廠在生產(chǎn)碎石時(shí)產(chǎn)生的大量石屑，不僅占用大片土地，而且還帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境污染，如何處理這些石屑也成為讓人頭痛的問(wèn)題。如果能將石屑處理后做為人工砂使用，既可以避免過(guò)度開(kāi)采對(duì)環(huán)境的破壞，又可以解決石屑帶來(lái)的污染問(wèn)題；另外，石屑的價(jià)格低廉，還可以帶來(lái)相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

  與河砂相比，石屑顆粒多呈層片狀，棱角較多，0.16mm以下的細(xì)粉含量較高，級(jí)配較差。因此，用石屑替代河砂，勢(shì)必影響混凝土的和易性；如果增加水泥漿的用量，將導(dǎo)致材料成本的增加，并且給硬化后的混凝土耐久性帶來(lái)不利影響。這正是石屑之所以未得到大量利用的重要原因之一。本文采用密實(shí)級(jí)配的方法，最大程度地減少骨料的空隙率，既消化了石屑，又達(dá)到了節(jié)約水泥、降低成本的目的。

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  試驗(yàn)用原材料

  1.1 水泥

  水泥品種為P.O 42.5R，廣東韶關(guān)水泥廠和東莞華潤(rùn)水泥廠生產(chǎn)，該品種水泥是廣東地區(qū)攪拌站最常用的水泥。本文所用水泥28d實(shí)際抗壓強(qiáng)度分別為45.3MPa、46.8MPa。

  1.2 石子

  深圳市為海建材有限公司新鴻利石廠生產(chǎn)的碎石，最大粒徑30mm，壓碎指標(biāo)15％，表觀密度2619kg/m3。

  1.3 砂子

  廣東惠州河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，表觀密度2619kg/m3，符合II區(qū)級(jí)配要求。

  1.4 石屑

  來(lái)自深圳市為海建材有限公司新鴻利石廠，堆積密度1589kg/m³，粒徑分布見(jiàn)表1。

  1.5 外加劑

  SPP-HP型高效減水劑，廣東東莞兆旌建材有限公司生產(chǎn)，密度1.16g/cm3，固含量31%，推薦摻量1.75％C，實(shí)測(cè)減水率為22％。

  1.6 粉煤灰

  深圳媽灣電場(chǎng)III級(jí)粉煤灰，45μm方孔篩篩余率37.5％，需水量比106％，表觀密度2290kg/m3，堆積密度880kg/m3。

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  配合比設(shè)計(jì)

  2.1 設(shè)計(jì)思路

  采用密級(jí)配的目的是最大限度地減少骨料的空隙率。降低骨料的空隙率可以節(jié)約水泥漿體，充分發(fā)揮水泥漿體對(duì)混凝土流動(dòng)性和粘結(jié)性的貢獻(xiàn)。密級(jí)配是通過(guò)混凝土各組成成分之間的相互填充來(lái)實(shí)現(xiàn)的。首先，用粉煤灰填充細(xì)骨料之間的空隙形成密實(shí)的細(xì)骨料。為達(dá)到最佳密實(shí)效果，粉煤灰所占的質(zhì)量分?jǐn)?shù)α一般在10%～15%之間；其次，用粉煤灰填充后的密實(shí)細(xì)骨料再填充石子之間的空隙，使混合骨料達(dá)到最密實(shí)狀態(tài)。在這個(gè)混合體系中，密實(shí)細(xì)骨料的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)β一般在50%左右；最后，用水泥漿體填充所有骨料的空隙，漿體用量以充分填充空隙并有一定富余為佳，用n值表示水泥漿富余系數(shù)。水灰比或水膠比根據(jù)混凝土的強(qiáng)度來(lái)確定，水泥用量和用水量根據(jù)骨料的剩余空隙率亦即水泥漿用量來(lái)確定。最后，混凝土的坍落度或流動(dòng)性通過(guò)摻加高效減水劑的用量進(jìn)行調(diào)整。

  2.2 最佳配比的確定

  2.2.1 骨料組成設(shè)計(jì)

  石屑的篩分結(jié)果見(jiàn)表1，可見(jiàn)不能滿足I區(qū)或II區(qū)的級(jí)配要求，但篩分曲線大部分落在了I區(qū)。為將石屑篩分曲線調(diào)至I區(qū)內(nèi)，需選用一定數(shù)量的河砂混合使用。經(jīng)過(guò)試配，選用細(xì)度模數(shù)為2.8的河砂與石屑按1∶1的比例摻配，摻配后的篩分結(jié)果見(jiàn)表1，細(xì)度模數(shù)Mx=3.2，基本符合I區(qū)級(jí)配要求。

  河砂和石屑混合體系中的空隙用粉煤灰來(lái)填充，粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義為α＝F/（S＋P）。隨著粉煤灰用量的增加，空隙逐漸被填滿,體系的堆積密度逐漸增大；若粉煤灰的用量繼續(xù)增加達(dá)到超填充時(shí)，由于粉煤灰本身的堆積密度較小，混合細(xì)骨料的堆積密度也隨之降低。所以，從混合骨料的堆積密度上可以反映出空隙被填充的程度。圖1是實(shí)測(cè)的混合骨料堆積密度與粉煤灰的質(zhì)量分?jǐn)?shù)α之間的關(guān)系曲線，用二次曲線擬合分析可知當(dāng)α=12％時(shí)，體系堆積密度達(dá)到最大值1757kg/m3。

  下一步再用上述混合細(xì)骨料填充石子中的空隙，細(xì)骨料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義為β＝（S＋P）/（S＋P＋G）。實(shí)測(cè)的混合骨料堆積密度與細(xì)骨料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)β之間的關(guān)系曲線如圖2，當(dāng)β=52％時(shí), 體系密度達(dá)到最大值1938kg/m³。

  至此，骨料組成的幾個(gè)關(guān)鍵參數(shù)就可以被確定，即：石屑和河砂按1∶1摻配；α=12％，β=52％；骨料的堆積密度為1938kg/m³。

  2.2.2 水泥漿用量

  用F、G、S、P分別表示粉煤灰、石子、河砂、石屑的用量，用Vv表示骨料的剩余空隙率，則有：

  考慮到撥開(kāi)效應(yīng)的影響，水泥漿體的用量要比骨料空隙略微富余，富余系數(shù)用n表示。用VP表示漿體用量，Vagg表示骨料用量，則有：

  用以上關(guān)系式即可確定水泥漿及各項(xiàng)骨料的用量，水泥和水的比例仍由混凝土的強(qiáng)度確定。

  2.2.3 坍落度的調(diào)整及最終配比

  坍落度的調(diào)整主要從兩個(gè)方面進(jìn)行：一是漿體用量或者富余系數(shù)n。n值的取值范圍大致在1.1～1.4，增大n值就可以提高坍落度，但過(guò)高的n值會(huì)增大水泥用量，失去密級(jí)配的意義；二是通過(guò)增減減水劑的用量來(lái)調(diào)整坍落度。以減水劑的推薦摻量為初始摻量，視混凝土工作性的好壞決定是否增減外加劑，將坍落度調(diào)整到預(yù)期的范圍。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)室試配，最終確定混凝土的配合比。設(shè)計(jì)的C20、C25、C30石屑密級(jí)配混凝土單位水泥用量及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2，對(duì)比石屑普通混凝土的單位水泥用量及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。上述配合比在深圳某大型攪拌站使用一年多來(lái)，產(chǎn)品性能質(zhì)量穩(wěn)定。

  結(jié)論

  石廠中大量廢棄的石屑，在進(jìn)行級(jí)配調(diào)整以后是可以加以利用的；在骨料配比上采用密級(jí)配的設(shè)計(jì)方案，可以最大限度地減少空隙率，大量節(jié)約水泥；石屑密級(jí)配混凝土由于采用石屑以及減少骨料空隙率帶來(lái)的水泥節(jié)約，直接導(dǎo)致了混凝土成本的降低。與相同等級(jí)的普通商品混凝土比較，每方混凝土可節(jié)約成本10～20元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。