石屑在混凝土生產(chǎn)中的應(yīng)用實(shí)踐研究

張仲文

(惠東縣吉泰混凝土攪拌有限公司)

【關(guān)鍵字】石屑；機(jī)制砂；河砂；級(jí)配；替代率

1 前言

2018年河砂供應(yīng)緊張，價(jià)格暴漲，公司采購惠陽東江河砂2018 年3 月份130 元/m3左右，到2018 年12月份300 元/m3，且質(zhì)量波動(dòng)大（細(xì)度模數(shù)、含泥量等指標(biāo)不穩(wěn)定），對(duì)混凝土的生產(chǎn)成本及質(zhì)量控制造成很大影響。

為了尋找適合的河砂替代材料，加強(qiáng)混凝土質(zhì)量與成本控制，公司有關(guān)技術(shù)人員通過大量的試驗(yàn)研究工作，成功的將石屑取代部分河砂用于混凝土生產(chǎn)，所生產(chǎn)的混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，有效的降低了公司的生產(chǎn)成本及穩(wěn)定混凝土質(zhì)量。

2 試驗(yàn)

2.1 原材料

2.1.1 水泥與摻合料

惠州光大泥，P.O.42.5R，初凝時(shí)間136min，終凝時(shí)間 201min， 比 表 面 積 363m2/kg，3 天 抗 壓 強(qiáng) 度25.4MPa，3 天抗折強(qiáng)度5.5MPa，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.6%，28 天 抗 壓 強(qiáng) 度：48.5MPa，28 天 抗 折 強(qiáng) 度：7.9MPa。

惠東平海電廠F 類Ⅱ級(jí)粉煤灰，45μm 篩余21.7%，需水量比97%，活性指數(shù)77%。

2.1.2 碎石及砂

惠東稔山石場(chǎng)碎石，表觀密：2650Kg/m3，堆積密度1470Kg/m3，空隙率44.6%，壓碎值12.7%。

砂有機(jī)制砂、河砂、石屑1、石屑2，均取自本地。

2.1.3 外加劑

所用外加劑為深圳三綠科技有限公司萘系高效緩凝減水劑，固含量：31.0%，減水率22.5%，凈漿200mm，密度1.162g/ml，PH:9。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 砂的性能分析

依據(jù)GB／T 14684—2011《建設(shè)用砂》的規(guī)定，對(duì)機(jī)制砂、河砂、石屑進(jìn)行性能檢測(cè)分析。

2.2.2 混凝土性能分析

混凝土的工作性能依據(jù)GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)，混凝土的3d、7d、28d 力學(xué)性能按照GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》檢測(cè)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及討論

3.1 石屑、機(jī)制砂、河砂工藝性能對(duì)比

石屑是本地采石場(chǎng)在開采加工過程中剩余的廢料，表面粗糙有棱角，機(jī)制砂是使用專用制砂設(shè)備以各種礦石為原料制備的，試驗(yàn)所用河砂來自于惠州本地的東江區(qū)域。三種砂的工藝特性有一定差別也有一定相似之處，主要表現(xiàn)在如下幾方面：

⑴物理性能基本相似。從表1 可以看出，石屑1、石屑2、機(jī)制砂、河砂的堆積密度、表觀密度、空隙率三項(xiàng)主要物理性能指標(biāo)基本相近，差異很小，從混凝土配制的角度而言，這四種砂用于配料不需要進(jìn)行大的調(diào)整。

表1 石屑、機(jī)制砂、河砂物理性能對(duì)比

表2 石屑、機(jī)制砂、河砂顆粒級(jí)配對(duì)比

⑵顆粒級(jí)配差別較大。表2 是石屑1、石屑2、機(jī)制砂、河砂的顆粒級(jí)配分布，從表2 可以看出，四種砂的顆粒級(jí)配差別較大，河砂、機(jī)制砂顆粒級(jí)配有一定差別但均能滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的II 類砂2 區(qū)級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)，石屑1、石屑2 的顆粒級(jí)配均不能滿足建設(shè)用砂標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的顆粒級(jí)配標(biāo)準(zhǔn)，與河砂、機(jī)制砂相比較，石屑最為典型的特點(diǎn)是2.36mm 以上的粗顆粒偏多，本次實(shí)驗(yàn)中采用的兩種石屑2.36mm 以上累積篩余均在40%以上，其整體顆粒級(jí)配較差，會(huì)對(duì)混凝土的性能造成一定的影響，具體影響需要通過混凝土性能實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步的分析。

⑶顆粒形貌差別較大。從顆粒形貌來看，這四種砂的顆粒形貌差別較大，其中石屑1、石屑2、機(jī)制砂的顆粒形貌具有一定的相似性，多為不規(guī)則多邊形、棱角及斷面清晰，河砂顆粒較為規(guī)整，多為接近球形且圓潤，這與兩類砂的形成過程有關(guān)，河砂是自然風(fēng)化而成，機(jī)制砂與石屑是原料經(jīng)過機(jī)械破碎、篩分而成，顆粒形貌的差異一定程度也會(huì)影響混凝土的性能。

綜合上述分析可知，本試驗(yàn)中所用石屑的基本物理性能與機(jī)制砂、河砂相似，但在級(jí)配方面有著較大的差別，石屑存在著粗顆粒偏多、級(jí)配不合理的問題，另外還考慮到不同石廠生產(chǎn)的石屑工藝性能差別很大，因此在使用過程中要進(jìn)行大量配比試驗(yàn)，確定石屑對(duì)于混凝土性能的影響程度以及較佳的摻入量，以保障生產(chǎn)的混凝土性能能夠符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 屑對(duì)混凝土性能影響的研究

3.2.1 石屑對(duì)于混凝土工作性能的影響

為了更好的分析石屑對(duì)于混凝土工作性能的影響，使用了石屑1、石屑2、機(jī)制砂、河砂四種細(xì)集料配制了C30 混凝土，具體配比如表3 所示。

按照表3 的配比制備混凝土，測(cè)試塌落度、擴(kuò)展度、初凝時(shí)間、終凝時(shí)間等工作性能指標(biāo)，結(jié)果如表4 所示。

表3 不同細(xì)集料混凝土配比 （kg·m-3）

從表4 可以看出，使用石屑對(duì)于混凝土的工作性能有著不利影響，混凝土漿體的粘性加大、流動(dòng)性變差，這與石屑的級(jí)配不良直接相關(guān)，其中又以石屑2 影響最為明顯，與使用機(jī)制砂和河砂的混凝土相比，初始塌落度、擴(kuò)展度、1 小時(shí)后塌落度、1 小時(shí)后擴(kuò)展度均有較大程度下降，使用石屑1 的混凝土工作性能好于石屑2，因此從工作性能方面來看宜使用石屑1。

3.2.2 石屑對(duì)于混凝土力學(xué)性能的影響

在表3 配比的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了不同細(xì)集料混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)，結(jié)果如表5 所示。

從表5 可以看出，，使用石屑1、石屑2、機(jī)制砂三種細(xì)集料配制的混凝土3d 抗壓強(qiáng)度、7d 抗壓強(qiáng)度、28d 抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)，但均低于使用河砂的混凝土，這與不同種類的砂的細(xì)度模數(shù)及顆粒級(jí)配有關(guān)，本試驗(yàn)中的河砂為級(jí)配較好的中砂，石屑1、石屑2、機(jī)制砂為粗砂，導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度性能有所差別，但總體上仍然滿足國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于C30 混凝土的性能要求。對(duì)比石屑1 與石屑2，使用石屑1 使用的混凝土強(qiáng)度略好于使用石屑2 配制的混凝土，從力學(xué)性能的角度宜選用石屑1。

表4 不同細(xì)集料種類混凝土的工作性能

表5 不同細(xì)集料種類混凝土的力學(xué)性能

表6 不同石屑替代比例混凝土配比 （kg·m-3）

表7 不同石屑替代比例混凝土的工作性能

表8 不同石屑替代比例混凝土的力學(xué)性能

3.3 石屑最佳摻量的研究

從前面分析可知使用石屑1 配制的混凝土具有較好的工作性能及力學(xué)性能，因此選用石屑1 作為細(xì)集料，進(jìn)一步的分析其替代砂的較佳比例，為此設(shè)計(jì)石屑替代砂比例分別為0%、25%、50%、75%、100%的方案，具體配比如表6 所示。

按照6 的配比配制混凝土并測(cè)試其工作性能及力學(xué)性能，結(jié)果如表7 及表8 所示。

從表7、表8 可以看出，石屑替代比例為25%時(shí)，與只使用河砂的混凝土相比較，混凝土的工作性能與力學(xué)性能均得到了一定程度提高，這可能是由于二者的級(jí)配互補(bǔ)使得細(xì)集料的整體級(jí)配得到了優(yōu)化，從而提高了混凝土的性能。基于此試驗(yàn)結(jié)論，在生產(chǎn)過程中建議采用25%的石屑替代率，在保證混凝土質(zhì)量穩(wěn)定的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本，取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

⑴惠州本地的兩種石屑，與常用的機(jī)制砂及河砂相比較，堆積密度、表觀密度、空隙率等物理性能指標(biāo)相近，但在級(jí)配上差別較大，石屑的級(jí)配不符合《建筑用砂》中的顆粒級(jí)配要求，存在著粗顆粒偏多的問題。在顆粒形貌方面，石屑與機(jī)制砂有一定程度類似都是多邊形且粗糙，河砂顆粒多接近球形且光滑。

⑵石屑的使用對(duì)于混凝土的工作性能及力學(xué)性能均有著不利影響，使用石屑制備的混凝土相對(duì)于河砂混凝土有和易性較差及強(qiáng)度略低的特點(diǎn)，其中石屑1 對(duì)于混凝土性能的影響小于石屑2，在生產(chǎn)過程中宜優(yōu)選石屑1 作為河砂替代材料。

⑶使用石屑1 替代部分河砂混凝土生產(chǎn)是可行的，最佳替代率為25%，在此替代率下，由于石屑與河砂之間存在的顆粒級(jí)配互補(bǔ)，使得混合砂混凝土的性能高于一般的河砂混凝土。

⑷不同采石場(chǎng)的石屑料性能差別較大，因此在使用過程中，為了保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性，在更換石屑來源時(shí)應(yīng)提前做大量的試配工作，確定較佳的配合比方案。