巴塘河治理工程中河卵石綜合利用技術(shù)

王龍志，王桂玲，張會冰，張海霞，崔鑫

（1. 山東建澤混凝土有限公司，濟(jì)南 250101；2. 中國建筑第八工程局，上海 200120）

0 前言

巴塘河又名札曲，位于玉樹州境內(nèi)。巴塘河河道治理工程為玉樹州災(zāi)后重建項目十大標(biāo)志性工程之一，河道建設(shè)中疏通清淤是一項重要的工程內(nèi)容。調(diào)查發(fā)現(xiàn)工程沿線河道內(nèi)存有大量河卵石，該河卵石產(chǎn)于天然河道，石質(zhì)堅硬、抗壓強(qiáng)度高、含泥量少、壓碎指標(biāo)值低、無堿骨料反應(yīng)、天然級配較好，易于開發(fā)，且開采無污染，不破壞植被，有利于環(huán)境保護(hù)；同時為促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，中建玉樹混凝土攪拌站于 2011 年 6 月開始，研究應(yīng)用將巴塘河河道治理工程中產(chǎn)生的大量卵石破碎篩選后作為混凝土粗骨料使用，同時，研究應(yīng)用將其破碎后的副產(chǎn)品石屑作為免燒磚原材使用。

1 河卵石破碎分級

巴塘河河道縱坡坡度較大地段河卵石粒徑偏大，河道縱坡坡度較小地段河卵石粒徑偏小，河卵石各粒徑所占比例如表 1 所示。同時經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，河卵石 98% 以上為堅硬的石灰?guī)r，另有極少量石英石等，河卵石抗壓強(qiáng)度絕大部分在150MPa 以上。

表 1 河卵石粒徑分布

圖 1 河卵石破碎分級示意圖

2 破碎卵石作為混凝土骨料的應(yīng)用研究

通過科學(xué)試驗和工程實踐應(yīng)用，在相同強(qiáng)度等級水膠比不變的情況下，對兩種粗集料各項性能進(jìn)行比較，研究破碎卵石取代傳統(tǒng)碎石（玉樹當(dāng)?shù)囟酁榛◢弾r碎石）的可行性，并進(jìn)行工程應(yīng)用。

2.1 試驗用原材料及主要性能

水泥：青海金鼎水泥有限公司 P·O42.5 級硅酸鹽水泥，28d 抗壓強(qiáng)度 46.8MPa，抗折強(qiáng)度 7.2MPa。

摻合料：華電大通發(fā)電公司Ⅱ級粉煤灰。

外加劑：西寧宣達(dá)建材有限公司生產(chǎn)的 MKJ-3 高效減水劑。

細(xì)集料：中建玉樹砂場Ⅱ區(qū)中級砂，細(xì)度模數(shù) 2.9，含泥量小于 2.0%。

粗集料：巴塘河破碎卵石、花崗巖碎石。其各項性能指標(biāo)如表 2 所示。

表 2 破碎卵石、花崗巖碎石各項性能指標(biāo)

2.2 試驗方案及混凝土性能

取援建工程常用混凝土強(qiáng)度等級 C25、C30、C35 的三個常用配合比，在相同強(qiáng)度等級水膠比不變的情況下，對兩種不同粗集料配制的混凝土力學(xué)性能和拌合物性能進(jìn)行比較?；炷僚浜媳热绫?3 所示，混凝土拌合物性能及力學(xué)性能如表 4 所示。

表 3 試配用混凝土配合比

表 4 混凝土拌合物性能及力學(xué)性能

2.3 試驗結(jié)果分析

2.3.1 破碎卵石對混凝土物理性能的影響

直流濾波器高壓電容器接地故障保護(hù)判據(jù)和方案//鄭超,莫品豪,文繼鋒,張曉宇,顧喬根,龔嘯//(1):132

在泵送混凝土拌合物中，往往由于粗骨料不符合連續(xù)粒級或者水膠比選用不合適等原因，使骨料和砂漿分布不均勻或者離析，出現(xiàn)可泵性差或是難以泵送等問題。

由于破碎卵石的形貌特性，表面棱角相比于碎石少得多，顆粒級配好，因此在確保可泵性前提下可盡量提高每立方米混凝土的粗骨料摻量。用破碎卵石與碎石拌制的混凝土相比，每立方米提高石子摻量 6%～8%，可以降低砂率，這樣既降低成本，同時又減少了商品混凝土在澆筑后產(chǎn)生裂縫的幾率。根據(jù)系列試配的性能測試結(jié)果，破碎卵石混凝土（每立方米重量相同時）和易性明顯優(yōu)于普通碎石配制的混凝土的和易性?；炷猎跀嚢韬捅盟瓦^程中與泵管摩擦阻力減小，不易堵管、易于泵送，減少設(shè)備磨損，延長了設(shè)備使用壽命，提高了施工效率。

取援建工程常用混凝土強(qiáng)度等級 C25、C30、C35 的三個常用配合比，在相同強(qiáng)度不變的情況下，對兩種不同粗集料配制的混凝土拌合物性能和開裂性能進(jìn)行比較?；炷僚浜媳热绫?5 所示，混凝土拌合物性能及開裂性能如表 6 所示。

表 5 試配用混凝土配合比

表 6 混凝土拌合物性能及開裂性能

2.3.2 破碎卵石對混凝土抗壓強(qiáng)度的作用

抗壓強(qiáng)度是混凝土力學(xué)性能的主要指標(biāo)之一，根據(jù)強(qiáng)度測試結(jié)果，摻卵石配合比的 7d 強(qiáng)度均比摻碎石的配合比低1.2～2.3MPa，28d 強(qiáng)度均高 0.5～1.1MPa。原因是破碎卵石吸水率大于碎石，起到內(nèi)蓄水作用，由于后期破碎卵石內(nèi)蓄水緩慢釋放，保證了混凝土后期水化過程中所需的水分[2-4]。

采用破碎卵石的混凝土在前期雖然強(qiáng)度略比碎石低，但后期強(qiáng)度發(fā)展趨勢優(yōu)于碎石，同時在綜合性能及成本上也明顯優(yōu)于碎石。

2.3.3 破碎卵石作為混凝土粗骨料的抗裂作用

泵送混凝土澆筑成型后，拌合物中的粗骨料在自重作用下緩慢下沉，漿體上升，當(dāng)粗骨料在下沉過程中受到鋼筋等阻擋，使鋼筋上部混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力，由這種沉降收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土的初始抗拉應(yīng)力時，混凝土就產(chǎn)生裂縫。另外，由于水在混凝土中不斷遷移，在漿體中形成毛細(xì)孔壓力。隨著水分遷移，固體顆粒逐漸靠近，毛細(xì)孔也隨之逐漸變細(xì)，毛細(xì)孔壓力增大，從而加快混凝土內(nèi)部水分向外遷移，因外界的溫度、風(fēng)速及濕度等因素的影響，外部很快硬化而內(nèi)部還未硬化，這樣表面和內(nèi)部未硬化的混凝土之間就存在硬度梯度，從而制約了內(nèi)部變形，內(nèi)部混凝土變形拉動了硬化層的變形。由于未硬化的混凝土變形快，當(dāng)達(dá)到一定程度時，表層硬殼就被拉裂，產(chǎn)生塑性收縮，當(dāng)然還存在碳化收縮、溫度收縮、自收縮（干縮）等的影響。

使用人工碎石拌制的泵送混凝土石子含量一般在45%～48% 之間，這樣的混凝土細(xì)骨料含量高，容易出現(xiàn)粗骨料分布不均勻。又因為混凝土中石子含量低，石子之間的分布間距大，澆筑振搗時石子因自重大而下沉，混凝土表面就出現(xiàn)缺少石子或全砂漿現(xiàn)象，這樣就增大了混凝土自身收縮變形。為盡量減少收縮導(dǎo)致裂縫，可改善混凝土內(nèi)部成分的均勻度。由于破碎卵石級配合理、顆粒形狀好，針片狀少，粗骨料之間的填充性好，摻量可達(dá)到 50%～54% 之間。這樣粗骨料在混凝土中分布均勻，減小了粗骨料之間的間距，降低了混凝土本身的沉降收縮和自收縮。自 2011 年以來，由中建玉樹混凝土攪拌站供應(yīng)的預(yù)拌混凝土，澆筑地下室基礎(chǔ)底板、剪力墻板以及樓層面板等結(jié)構(gòu)，裂縫得到了有效控制，混凝土的抗?jié)B性能得到了提高，進(jìn)而混凝土的耐久性也相應(yīng)地得到了提高。由中建玉樹混凝土攪拌站供應(yīng)預(yù)拌混凝土的工程有玉樹州行政中心、玉樹州醫(yī)院、玉樹州紅旗小學(xué)、玉樹州第一完全制小學(xué)、康巴藝術(shù)中心、民南居住組團(tuán)、玉樹州無線電檢測綜合樓、軍分區(qū)彈藥庫、折龍達(dá)居住組團(tuán)、民北公建（郵政支局、村級公路服務(wù)用房）、兒童福利院、婦幼保健院、民兵訓(xùn)練營、煙草公司辦公樓、扎曲北路居住組團(tuán)、扎西科河南商住組團(tuán)等，各工程都得到施工單位及州建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站的認(rèn)可和好評。

2.3.4 破碎卵石對混凝土耐久性能的影響

以上述 C30 混凝土配比為例，研究凍融循環(huán)對摻破碎卵石與摻普通碎石混凝土耐久性能的影響。圖 2 為凍融循環(huán)對混凝土相對動彈模量的影響。圖 3 為凍融循環(huán)對混凝土質(zhì)量損失率的影響。從圖中可以看出凍融循環(huán)對兩種混凝土的影響沒有明顯差別，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，摻破碎卵石的混凝土抗凍性能略高于摻普通碎石的混凝土的抗凍性能，這是與兩種混凝土力學(xué)性能特征有關(guān)的。

圖 2 凍融循環(huán)次數(shù)對混凝土相對動彈模量的影響

3 破碎卵石作為免燒磚原材的應(yīng)用研究

為滿足玉樹災(zāi)后重建對建筑材料的需求，研究使用河卵石破碎后形成的石屑、石粉等制備建筑用磚。

3.1 試驗及生產(chǎn)用原材料及設(shè)備

水泥：金河水泥 P·C32.5 散裝水泥，28d 抗壓強(qiáng)度為38.2MPa，抗折強(qiáng)度為 6.4MPa。

集料：破碎河卵石產(chǎn)生的石粉及 5～10mm 石屑。

生產(chǎn)設(shè)備：華閏天元機(jī)械有限公司 QTY6-15 型砌塊成型機(jī)。

圖 3 凍融循環(huán)次數(shù)對混凝土質(zhì)量損失率的影響

3.2 免燒磚生產(chǎn)配比及性能參數(shù)

根據(jù)援建工程對免燒磚的需求，本項目對需求量較大的六種免燒磚進(jìn)行了研制，六種磚的規(guī)格及配比如表 7 所示。

表 7 免燒磚規(guī)格及配合比

經(jīng)測試，六種免燒磚性能指標(biāo)滿足 GB/T21144—2007《混凝土實心磚》、JC 943—004《混凝土多孔磚》、GB 8239—1997《普通混凝土小型空心砌塊》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 結(jié)論

經(jīng)過大量試驗和工程應(yīng)用研究，得出如下結(jié)論：

（1）疏通航道產(chǎn)生的副產(chǎn)品河卵石，質(zhì)地堅硬、無堿活性，可做為建筑材料使用，既提高了資源的有效利用率，又促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，并避免了隨意傾倒對自然環(huán)境的破壞。

（2）破碎卵石作為商品混凝土原材料使用是可行的，既改善了混凝土工作性能、泵送性能，又提高了混凝土長期的力學(xué)性能，進(jìn)而一定程度上改善了混凝土的抗凍性能。

（3）同強(qiáng)度等級、同工作性能和力學(xué)性能的情況下，破碎卵石在混凝土中的摻量多于普通碎石，從而降低了混凝土砂率，提高了混凝土抗裂性能。

（4）破碎卵石作為免燒磚原材料使用是可行的，且制備的免燒磚各項性能指標(biāo)滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

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