巴塘河治理工程中河卵石綜合利用技術

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。巴塘河河道治理工程為玉樹州災后重建項目十大標志性工程之一，河道建設中疏通清淤是一項重要的工程內容。調查發現工程沿線河道內存有大量河卵石，該河卵石產于天然河道，石質堅硬、抗壓強度高、含泥量少、壓碎指標值低、無堿骨料反應、天然級配較好，易于開發，且開采無污染，不破壞植被，有利于環境保護；同時為促進當地經濟發展，中建玉樹混凝土攪拌站于 2011 年 6 月開始，研究應用將巴塘河河道治理工程中產生的大量卵石破碎篩選后作為混凝土粗骨料使用，同時，研究應用將其破碎后的副產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。同時經調查發現，河卵石 98% 以上為堅硬的石灰巖，另有極少量石英石等，河卵石抗壓強度絕大部分在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用研究

通過科學試驗和工程實踐應用，在相同強度等級水膠比不變的情況下，對兩種粗集料各項性能進行比較，研究破碎卵石取代傳統碎石（玉樹當地多為花崗巖碎石）的可行性，并進行工程應用。

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 抗壓強度 46.8MPa，抗折強度 7.2MPa。

摻合料：華電大通發電公司Ⅱ級粉煤灰。

外加劑：西寧宣達建材有限公司生產的 MKJ-3 高效減水劑。

細集料：中建玉樹砂場Ⅱ區中級砂，細度模數 2.9，含泥量小于 2.0%。

粗集料：巴塘河破碎卵石、花崗巖碎石。其各項性能指標如表 2 所示。

表 2 破碎卵石、花崗巖碎石各項性能指標

2.2 試驗方案及混凝土性能

取援建工程常用混凝土強度等級 C25、C30、C35 的三個常用配合比，在相同強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性能和拌合物性能進行比較。混凝土配合比如表 3 所示，混凝土拌合物性能及力學性能如表 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性能

2.3 試驗結果分析

2.3.1 破碎卵石對混凝土物理性能的影響

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在泵送混凝土拌合物中，往往由于粗骨料不符合連續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生裂縫的幾率。根據系列試配的性能測試結果，破碎卵石混凝土（每立方米重量相同時）和易性明顯優于普通碎石配制的混凝土的和易性。混凝土在攪拌和泵送過程中與泵管摩擦阻力減小，不易堵管、易于泵送，減少設備磨損，延長了設備使用壽命，提高了施工效率。

取援建工程常用混凝土強度等級 C25、C30、C35 的三個常用配合比，在相同強度不變的情況下，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行比較。混凝土配合比如表 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度的作用

抗壓強度是混凝土力學性能的主要指標之一，根據強度測試結果，摻卵石配合比的 7d 強度均比摻碎石的配合比低1.2～2.3MPa，28d 強度均高 0.5～1.1MPa。原因是破碎卵石吸水率大于碎石，起到內蓄水作用，由于后期破碎卵石內蓄水緩慢釋放，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度略比碎石低，但后期強度發展趨勢優于碎石，同時在綜合性能及成本上也明顯優于碎石。

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生拉應力，由這種沉降收縮產生的拉應力大于混凝土的初始抗拉應力時，混凝土就產生裂縫。另外，由于水在混凝土中不斷遷移，在漿體中形成毛細孔壓力。隨著水分遷移，固體顆粒逐漸靠近，毛細孔也隨之逐漸變細，毛細孔壓力增大，從而加快混凝土內部水分向外遷移，因外界的溫度、風速及濕度等因素的影響，外部很快硬化而內部還未硬化，這樣表面和內部未硬化的混凝土之間就存在硬度梯度，從而制約了內部變形，內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，當達到一定程度時，表層硬殼就被拉裂，產生塑性收縮，當然還存在碳化收縮、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，這樣的混凝土細骨料含量高，容易出現粗骨料分布不均勻。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，混凝土表面就出現缺少石子或全砂漿現象，這樣就增大了混凝土自身收縮變形。為盡量減少收縮導致裂縫，可改善混凝土內部成分的均勻度。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的預拌混凝土，澆筑地下室基礎底板、剪力墻板以及樓層面板等結構，裂縫得到了有效控制，混凝土的抗滲性能得到了提高，進而混凝土的耐久性也相應地得到了提高。由中建玉樹混凝土攪拌站供應預拌混凝土的工程有玉樹州行政中心、玉樹州醫院、玉樹州紅旗小學、玉樹州第一完全制小學、康巴藝術中心、民南居住組團、玉樹州無線電檢測綜合樓、軍分區彈藥庫、折龍達居住組團、民北公建（郵政支局、村級公路服務用房）、兒童福利院、婦幼保健院、民兵訓練營、煙草公司辦公樓、扎曲北路居住組團、扎西科河南商住組團等，各工程都得到施工單位及州建筑工程質量監督站的認可和好評。

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 為凍融循環對混凝土相對動彈模量的影響。圖 3 為凍融循環對混凝土質量損失率的影響。從圖中可以看出凍融循環對兩種混凝土的影響沒有明顯差別，隨著凍融循環次數的增加，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性能特征有關的。

圖 2 凍融循環次數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用研究

為滿足玉樹災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 試驗及生產用原材料及設備

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

集料：破碎河卵石產生的石粉及 5～10mm 石屑。

生產設備：華閏天元機械有限公司 QTY6-15 型砌塊成型機。

圖 3 凍融循環次數對混凝土質量損失率的影響

3.2 免燒磚生產配比及性能參數

根據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行了研制，六種磚的規格及配比如表 7 所示。

表 7 免燒磚規格及配合比

經測試，六種免燒磚性能指標滿足 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》等相關標準要求。

4 結論

經過大量試驗和工程應用研究，得出如下結論：

（1）疏通航道產生的副產品河卵石，質地堅硬、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，又促進了當地經濟的發展，并避免了隨意傾倒對自然環境的破壞。

（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性能，進而一定程度上改善了混凝土的抗凍性能。

（3）同強度等級、同工作性能和力學性能的情況下，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滿足相關標準要求。

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