水洗石屑在混凝土中的應(yīng)用

鄔海濤，朱燕妮，曹潔華

（鎮(zhèn)江市和順混凝土有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

水洗石屑在混凝土中的應(yīng)用

鄔海濤，朱燕妮，曹潔華

（鎮(zhèn)江市和順混凝土有限公司，江蘇 鎮(zhèn)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(yīng)用比例。當(dāng)三種措施同時(shí)使用時(shí)，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(shù)據(jù)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(zhǔn)相當(dāng)，各齡期的硬化混凝土力學(xué)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(huán)境和生態(tài)造成了嚴(yán)重的影響，近期各地對天然河流、湖泊的采砂都進(jìn)行了嚴(yán)格的限制，局部地區(qū)甚至做出了永久禁采的決定。天然河砂的市場供應(yīng)量不足使得機(jī)制砂的推廣和使用迫在眉睫，然而，生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)機(jī)制砂對礦點(diǎn)、設(shè)備及生產(chǎn)管理都有著較高的要求，目前，各地供應(yīng)的機(jī)制砂大多是生產(chǎn)碎石的副產(chǎn)物，產(chǎn)品的性能指標(biāo)與國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求相去甚遠(yuǎn)，嚴(yán)格的講，此類機(jī)制砂只能被稱為石屑。鎮(zhèn)江地區(qū)市場的石屑 MB 值偏高，導(dǎo)致其對外加劑的適應(yīng)性不好，為了改善其對外加劑的適應(yīng)性，許多砂石供應(yīng)商對石屑進(jìn)行了清洗，以水洗石屑的形式供應(yīng)給混凝土生產(chǎn)企業(yè)[1-3]。

此類水洗石屑雖然消除了因?yàn)槟嗪繉?dǎo)致的對外加劑適應(yīng)性不良現(xiàn)象，但由于顆粒級配不良、顆粒形貌較差、細(xì)顆粒缺乏等原因，單獨(dú)使用時(shí)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(yīng)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(qiáng)度為49.3MPa；

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

（3）粉煤灰：鎮(zhèn)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(qū)中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量1.4%；

（5）水洗石屑：細(xì)度模數(shù) 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(yàn)方法

試驗(yàn)方法參照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》和 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測試的項(xiàng)目包括混凝土的坍落度和3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度。混凝土試驗(yàn)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(yàn)結(jié)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(dāng)取代率超出某一數(shù)值后，混凝土泌漿、露骨等現(xiàn)象較為嚴(yán)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(xiàn)明顯泌漿、露骨現(xiàn)象為分界點(diǎn)，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(dāng)粉煤灰的用量提高至 140kg 時(shí)，水洗石屑的取代率可以達(dá)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(bǔ)石屑水洗時(shí)被沖走的細(xì)顆粒，使水洗石屑的顆粒級配得以改善，粉煤灰的滾珠效應(yīng)使得混凝土的工作性能得以改善，可以彌補(bǔ)水洗石屑的顆粒形貌較差帶來的負(fù)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(shí)，考慮到含氣量過高會(huì)影響硬化混凝土的力學(xué)性能，因此，設(shè)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(dòng)性好的氣泡，可同時(shí)彌補(bǔ)水洗石屑顆粒級配和顆粒形貌不良的缺陷，當(dāng)含氣量達(dá)到 5.4%時(shí)，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(yīng)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(qiáng)的緩凝作用，且用量過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度下降，綜合各方面因素考慮設(shè)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(qiáng)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(shí)使用時(shí)，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(shí)保證硬化混凝土的力學(xué)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(jié)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(jié)果

從表 6 對比數(shù)據(jù)可以看出，使用水洗石屑完全取代天然河砂后，同時(shí)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(zhǔn)相當(dāng)，各齡期的硬化混凝土力學(xué)性能都有所提高，這與石屑的機(jī)械嚙合力較高有關(guān)。

4　結(jié)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(yīng)用比例。粉煤灰的滾珠效應(yīng)、顆粒填充效應(yīng)，氣泡的潤滑作用以及 HPMC 適度的增稠和較強(qiáng)的保水作用彌補(bǔ)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(shí)使用時(shí)，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(shù)據(jù)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(zhǔn)相當(dāng)，各齡期的硬化混凝土力學(xué)性能都有所提高。

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

[2]周健業(yè)．機(jī)制山砂在泵送混凝土中的應(yīng)用技術(shù)[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(xué)性能試驗(yàn)研究[J]．鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006,3(2)：15-20.

［通訊地址］江蘇省鎮(zhèn)江市京口區(qū)象山鎮(zhèn)雙擁路鎮(zhèn)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(chǎn)與研究。