水洗石屑在混凝土中的應用

鄔海濤，朱燕妮，曹潔華

（鎮江市和順混凝土有限公司，江蘇 鎮江 212000）

水洗石屑在混凝土中的應用

鄔海濤，朱燕妮，曹潔華

（鎮江市和順混凝土有限公司，江蘇 鎮江 212000）

本文通過采取增加粉煤灰用量、提高含氣量及引入 HPMC 等措施提升混凝土的工作性能，增加水洗石屑在混凝土中的應用比例。當三種措施同時使用時，水洗石屑完全取代天然河砂后，混凝土依然可以保持良好的工作性能，從對比數據可以看出，使用水洗石屑完全取代天然河砂后，混凝土的工作性能與基準相當，各齡期的硬化混凝土力學性能都有所提高。

水洗石屑；混凝土；工作性

0　前言

近年來由于市場的巨大需求，天然河砂的無序開采日趨猖獗，無序采砂給環境和生態造成了嚴重的影響，近期各地對天然河流、湖泊的采砂都進行了嚴格的限制，局部地區甚至做出了永久禁采的決定。天然河砂的市場供應量不足使得機制砂的推廣和使用迫在眉睫，然而，生產優質機制砂對礦點、設備及生產管理都有著較高的要求，目前，各地供應的機制砂大多是生產碎石的副產物，產品的性能指標與國家及行業標準的要求相去甚遠，嚴格的講，此類機制砂只能被稱為石屑。鎮江地區市場的石屑 MB 值偏高，導致其對外加劑的適應性不好，為了改善其對外加劑的適應性，許多砂石供應商對石屑進行了清洗，以水洗石屑的形式供應給混凝土生產企業[1-3]。

此類水洗石屑雖然消除了因為泥含量導致的對外加劑適應性不良現象，但由于顆粒級配不良、顆粒形貌較差、細顆粒缺乏等原因，單獨使用時配制的混凝土和易性較差，因此常與天然河砂搭配使用。本文通過增加粉煤灰用量、提高含氣量及引入 HPMC（羥丙基甲基纖維素）等措施改善其和易性，提高水洗石屑在混凝土中的應用比例，收到了良好的效果。

1　原材料

（1）水泥：鶴林 P·O42.5水泥，28d 水泥強度為49.3MPa；

（2）礦粉：鎮江金鑫礦粉，需水量 97%，比表面積405m2/kg，28d 活性指數 99%；

（3）粉煤灰：鎮江諫壁 Ⅱ 級灰，45μm 方孔篩篩余13%，燒失量 1.3%，需水量比 99%；

（4）天然河砂：Ⅱ 區中砂，細度模數 2.6，含泥量1.4%；

（5）水洗石屑：細度模數 3.4，MB 值 0.5；

（6）碎石：公稱粒徑 5～31.5mm，含泥量 0.5%；

（7）水：市政自來水；

（8）減水劑：蘇博特 PCA，減水率18%；

（9）引氣劑：蘇博特 GYQ-Ⅲ；

（10） HPMC：河北興泰，粘度值 10 萬。

2　試驗方法

試驗方法參照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》和 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學試驗方法》的有關規定進行，測試的項目包括混凝土的坍落度和3d、7d、28d 抗壓強度。混凝土試驗配比參照 C30 商品混凝土配比，如表 1 所示。

表1　C30 商品混凝土配合比 kg/m3

3　試驗結果及分析

3.1粉煤灰對水洗石屑用量的影響

由于水洗石屑和天然河砂在顆粒形貌和顆粒級配上存在的巨大差異，使用水洗石屑取代河砂后，混凝土拌合物的包裹性變差，當取代率超出某一數值后，混凝土泌漿、露骨等現象較為嚴重，提高砂率亦不能使拌合物性能明顯改觀。在此，以混凝土不出現明顯泌漿、露骨現象為分界點，考察提高粉煤灰用量后，水洗石屑的取代率的變化。粉煤灰對水洗石屑用量的影響見表 2。

表2　粉煤灰對水洗石屑用量的影響

提高粉煤灰的用量后，混凝土的工作性能有所提升，當粉煤灰的用量提高至 140kg 時，水洗石屑的取代率可以達到60%，混凝土依然可以保持良好的工作性能。原因在于粉煤灰用量的提高可以彌補石屑水洗時被沖走的細顆粒，使水洗石屑的顆粒級配得以改善，粉煤灰的滾珠效應使得混凝土的工作性能得以改善，可以彌補水洗石屑的顆粒形貌較差帶來的負面影響。

3.2含氣量對水洗石屑用量的影響

使用蘇博特 GYQ-Ⅲ 型聚羧酸類引氣劑提升混凝土的含氣量時，考慮到含氣量過高會影響硬化混凝土的力學性能，因此，設定含氣量不超過 6%。含氣量對水洗石屑用量的影響，見表 3。

表3　含氣量對水洗石屑用量的影響

提高引氣劑的用量后，混凝土的含氣量提高，提供了粒徑分布較寬、顆粒圓潤、流動性好的氣泡，可同時彌補水洗石屑顆粒級配和顆粒形貌不良的缺陷，當含氣量達到 5.4%時，可使水洗石屑的取代率提升 20%。

3.3HPMC 對水洗石屑用量的影響

HPMC 是一種高分子增稠保水材料，將其應用于混凝土的配制中可提高混凝土的粘聚性，但其對混凝土有較強的緩凝作用，且用量過高時會導致混凝土的強度下降，綜合各方面因素考慮設定 HPMC 的用量為膠凝材料總量的萬分之四。粉煤灰對水洗石屑用量的影響見表 4。

表4　粉煤灰對水洗石屑用量的影響

HPMC 適度的增稠和較強的保水作用使得混凝土的包裹性改善明顯，水洗石屑的取代率亦有明顯提高。將增加粉煤灰用量、提高含氣量及引入 HPMC（羥丙基甲基纖維素）等措施同時使用時，水洗石屑可以完全取代天然河砂，完全取代后混凝土依然可以保持良好的工作性能，同時保證硬化混凝土的力學性能。完全取代后的混凝土配合比如表 5 所示。全水洗石屑混凝土的性能測試結果見表 6。

表5　C30 商品混凝土配合比 kg/m3

表6　全水洗石屑混凝土的性能測試結果

從表 6 對比數據可以看出，使用水洗石屑完全取代天然河砂后，同時使用增加粉煤灰用量、提高含氣量及引入HPMC 等措施，混凝土的工作性能與基準相當，各齡期的硬化混凝土力學性能都有所提高，這與石屑的機械嚙合力較高有關。

4　結論

（1）采取增加粉煤灰用量、提高含氣量及引入 HPMC等措施均可以提升混凝土的工作性能，從而增加水洗石屑在混凝土中的應用比例。粉煤灰的滾珠效應、顆粒填充效應，氣泡的潤滑作用以及 HPMC 適度的增稠和較強的保水作用彌補了水洗石屑顆粒形貌和顆粒級配不良的缺陷。

（2）將增加粉煤灰用量、提高含氣量及引入 HPMC（羥丙基甲基纖維素）等措施同時使用時，水洗石屑可以完全取代天然河砂，完全取代后混凝土依然可以保持良好的工作性能，從對比數據可以看出，使用水洗石屑完全取代天然河砂后，混凝土的工作性能與基準相當，各齡期的硬化混凝土力學性能都有所提高。

[1]趙長軍，董斌，于敬海．石粉對機制砂混凝土性能影響試驗研究[J]．低溫建筑技術，2009(04)：15-16.

[2]周健業．機制山砂在泵送混凝土中的應用技術[J]．西部探礦工程，2007(07)：157-158.

[3]趙順波，夏銘，劉春杰．人工砂粉煤灰混凝土基本力學性能試驗研究[J]．鐵道科學與工程學報，2006,3(2)：15-20.

［通訊地址］江蘇省鎮江市京口區象山鎮雙擁路鎮江市和順混凝土有限公司（212000）

鄔海濤（1988－）男，助理工程師，從事水泥基建筑材料的生產與研究。