板巖碎石在商品混凝土中的應(yīng)用研究

頓苗苗

（徐州醫(yī)科大學(xué)基本建設(shè)管理處，江蘇 徐州 221000）

0 前言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的社會(huì)主要矛盾已發(fā)生變化，人民對(duì)生活品質(zhì)的要求不斷提升，“綠水青山”已成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的主要目標(biāo)。礦山限采和道路管控等舉措紛紛出臺(tái)，導(dǎo)致混凝土企業(yè)骨料供應(yīng)異常緊張。尾礦及再生骨料等已成為混凝土企業(yè)的常規(guī)原材料[1]。

魯南地區(qū)存在板巖礦脈，主礦物為綠泥石、伊利石，為黏土質(zhì)礦物經(jīng)輕微變質(zhì)而成，其結(jié)構(gòu)致密、板理發(fā)育良好、色澤純正，是優(yōu)良的石雕原材，養(yǎng)育了當(dāng)?shù)刂T多石雕企業(yè)。在板巖的開采和原石雕刻過程中，產(chǎn)生了大量的石質(zhì)碎屑。此類碎屑以前都當(dāng)作建筑垃圾處理，近期在骨料供應(yīng)緊張的局面下，這種板巖碎石部分流向了商品混凝土企業(yè)，被用作混凝土粗、細(xì)骨料，導(dǎo)致了一些工程事故的發(fā)生。經(jīng)研究，國內(nèi)諸多礦脈板巖具有堿骨料活性，且?guī)r石強(qiáng)度偏低，應(yīng)謹(jǐn)慎用于商品混凝土中[2-4]?；谏鲜鲈?，本試驗(yàn)將板巖碎石應(yīng)用于不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，研究對(duì)其性能的影響。

1 原材料

（1）水泥：徐州中聯(lián) P.O42.5水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量27.5%，28d 抗壓強(qiáng)度50.8MPa，堿含量0.75%。

（2）粉煤灰：華潤Ⅰ級(jí)灰，45μm 方孔篩篩余7.2%，28d 活性指數(shù)75%。

（3）礦粉：東南鋼鐵 S95，比表面積415m2/kg，28d 活性指數(shù)99%。

（4）鐵尾礦砂：細(xì)度模數(shù)0.7，亞甲藍(lán)值1.0，含粉量5%。

（5）機(jī)制砂：細(xì)度模數(shù)3.2，亞甲藍(lán)值3.0，含粉量10%。

（6）石灰質(zhì)碎石：公稱粒徑5～25mm，含泥量0.3%，泥塊含量0.1%，壓碎值13，母巖強(qiáng)度81MPa。

（7）板巖碎石1：公稱粒徑5～25mm，含泥量0.2%，泥塊含量0%，壓碎值24，母巖強(qiáng)度42MPa。

（8）板巖碎石2：公稱粒徑5～16mm，含泥量0.2%，泥塊含量0%，壓碎值24，母巖強(qiáng)度42MPa。

（9）外加劑：江蘇蘇博特 PCA-1聚羧酸減水劑，含固量20.1%，減水率22.2%。

2 試驗(yàn)方法

采用砂漿長度法和快速壓蒸法檢測板巖的堿骨料活性。針對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，用板巖碎石取代石灰質(zhì)碎石，檢測混凝土的力學(xué)性能，檢測方法參照 GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 板巖的堿活性檢測

堿骨料反應(yīng)是指混凝土建筑物中的堿（Na2O、K2O）與骨料中的礦物組份在一定的溫濕度條件下發(fā)生的反應(yīng)。該反應(yīng)在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生白色凝膠，并吸水腫脹導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。堿骨料反應(yīng)潛伏期長且堿骨料破壞難以補(bǔ)救[5-6]。因而對(duì)可疑骨料必須進(jìn)行堿骨料活性檢測。

參照 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用砂漿長度法檢測板巖的堿骨料活性，其膨脹率為0.235%，參照 CECS48—1993《砂石堿活性快速試驗(yàn)方法》，采用快速壓蒸法檢測板巖的堿骨料活性，其膨脹率為0.312%。

兩種測試方法均表明該板巖具有堿骨料反應(yīng)活性，其在混凝土中應(yīng)用時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格限定混凝土建筑物中的總堿量，各國對(duì)混凝土中堿含量限值不盡相同，我國CECS53—1993《混凝土堿含量限值標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定混凝土堿含量低于3kg/m3，南非則規(guī)定混凝土中總堿量小于1.8kg/m3無害，是對(duì)總堿量限值最嚴(yán)苛的國家[3]。

3.2 板巖碎石在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用

C10、C20等低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的水泥用量較低，混凝土中的總堿量較低，C20混凝土中的總堿量僅為1.58kg/m3，即使使用堿活性骨料，也不存在堿骨料破壞的風(fēng)險(xiǎn)。在 C10、C20混凝土中使用公稱粒徑相同（5～25mm）的板巖碎石取代石灰質(zhì)碎石，所用配比如表1所示，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表1 低強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比 kg/m3

表2 碎石種類對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

結(jié)果表明，在 C10、C20混凝土中，使用板巖取代石灰質(zhì)碎石，7d 強(qiáng)度和28d 強(qiáng)度略有下降，大體持平。在硬化混凝土中，骨料強(qiáng)度、水泥石強(qiáng)度和骨料與水泥漿體的膠結(jié)強(qiáng)度是混凝土強(qiáng)度構(gòu)成的三要素。JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，巖石的抗壓強(qiáng)度應(yīng)比所配制的混凝土強(qiáng)度至少高20%，板巖的母巖抗壓強(qiáng)度為42MPa，可滿足 C10、C20混凝土強(qiáng)度的強(qiáng)度配制要求，由于低等級(jí)混凝土中的水膠比較高，水泥石強(qiáng)度較低，在硬化混凝土的強(qiáng)度影響要素中起決定性作用。因而在 C10、C20等低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，其力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，可替代石灰質(zhì)碎石應(yīng)用于混凝土配料中。

3.3 板巖碎石在中高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的應(yīng)用

C25混凝土中的水泥用量為230kg，總堿量僅為1.73kg/m3，不存在堿骨料破壞的風(fēng)險(xiǎn)，C30混凝土中的水泥用量為265kg，總堿量為2kg/m3，有潛在的堿骨料破壞風(fēng)險(xiǎn)。在 C25、C30混凝土中使用公稱粒徑相同（5～25mm）的板巖碎石取代石灰質(zhì)碎石，所用配比如表3所示，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表3 中高強(qiáng)度等級(jí)混凝土配合比 kg/m3

結(jié)果表明，在 C25混凝土中，使用板巖取代石灰質(zhì)碎石，7d 強(qiáng)度略有下降，28d 強(qiáng)度大幅度下降；在 C30混凝土中，這種下降幅度更為明顯。此時(shí)板巖強(qiáng)度較低的短板效應(yīng)凸顯，使用板巖同配比取代石灰質(zhì)碎石，已達(dá)不到混凝土的強(qiáng)度要求。

在 C25混凝土中，使用公稱粒徑為5～16mm 的板巖碎石取代公稱粒徑為5～25mm 的石灰質(zhì)碎石，且通過調(diào)整外加劑用量的方法將用水量降至165kg，可將硬化混凝土的28d 強(qiáng)度提升至36MPa。

因而通過調(diào)整板巖碎石公稱粒徑以及混凝土用水量等技術(shù)手段，可以使用板巖碎石配制 C25混凝土，由于板巖自身的強(qiáng)度短板和配合比中水泥用量的增加（存在堿骨料破壞風(fēng)險(xiǎn)），板巖碎石不適用于配制強(qiáng)度等級(jí)高于 C25的混凝土。

表4 碎石種類對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

4 結(jié)論

（1）采用砂漿長度法檢測板巖的堿骨料活性，其膨脹率為0.235%，采用快速壓蒸法檢測板巖的堿骨料活性，其膨脹率為0.312%。兩種測試方法均表明，該板巖具有堿骨料反應(yīng)活性。

（2）在 C10、C20等低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，由于低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中的水泥用量低，使用板巖碎石不存在堿骨料破壞的風(fēng)險(xiǎn)，且力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，因而可替代石灰質(zhì)碎石應(yīng)用于混凝土配料中。

（3）通過調(diào)整板巖碎石公稱粒徑以及混凝土用水量等技術(shù)手段，可以使用板巖碎石配制 C25混凝土，由于板巖自身的強(qiáng)度短板和配合比中水泥用量的增加（存在堿骨料破壞風(fēng)險(xiǎn)），板巖碎石不適用于配制強(qiáng)度等級(jí)高于 C25的混凝土。