高石粉含量石屑混凝土的性能試驗(yàn)研究

徐振

摘要：研究了不同水灰比、石屑摻量、石粉含量、砂率對(duì)混凝土性能的影響。試驗(yàn)表明：石屑混凝土抗壓強(qiáng)度與河砂混凝土抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律基本一致;在水灰比相同的條件下，不同石屑摻量、石粉含量、砂率的石屑混凝土28d強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求，且較河砂混凝土還有所提高;石屑摻量在40%，石粉含量在13%時(shí)，石屑混凝土28d的強(qiáng)度最高;砂率在40%時(shí)，石屑混凝土的綜合性能最好。

關(guān)鍵詞：高石粉含量;石屑混凝土;水灰比;石屑摻量;砂率

1 前言

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，建筑用砂的需求日益增大，然而砂是不可再生的資源，隨著連年的超量開(kāi)采，天然河砂日漸枯竭。尋找河砂的代用品已迫在眉睫，越來(lái)越受到有關(guān)部門和學(xué)者的重視。

在河砂替代材料方面，國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了大量研究，目前主要有3 個(gè)途徑：一是采用海砂;二是采用人工砂;三是采用石屑。石屑是生產(chǎn)碎石過(guò)程中篩出的副產(chǎn)品，每加工100t的碎石，產(chǎn)生20～30t的石屑。它作為石場(chǎng)的廢棄物，既占用場(chǎng)地又污染環(huán)境，目前多用于道路填方，價(jià)格較低。將石屑用于混凝土中取代河砂具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。而對(duì)于石屑代砂制備混凝土，中國(guó)已有較多研究，但其在實(shí)際工程中的應(yīng)用仍較少。一個(gè)很重要的原因是對(duì)石屑性能的系統(tǒng)性研究不足，對(duì)石屑的質(zhì)量以及其對(duì)混凝土性能影響的規(guī)律掌握不足。

通過(guò)調(diào)查研究，可以得知：1）某石場(chǎng)石屑主要是花崗巖石屑，石屑的表觀密度、松散堆積密度和空隙率指標(biāo)基本符合建筑用砂要求;2）石屑可根據(jù)4.75mm的累計(jì)篩余分為3個(gè)類別：粗石屑（石屑中4.75mm累計(jì)篩余大于30%）、中石屑（石屑中4.75mm累計(jì)篩余為15%～ 30%）、細(xì)石屑（石屑中4.75mm累計(jì)篩余小于15%）。細(xì)石屑、中石屑中小于4.75mm部分的級(jí)配與機(jī)制砂比較接近，其中粗顆粒和小于0.15mm的細(xì)粉含量較高;3）石屑中石粉含量較高，參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，將石粉含量大于10%的石屑稱為高石粉含量石屑。筆者通過(guò)不同水灰比、石屑摻量、石粉含量、砂率研究比較了高含量石粉石屑對(duì)混凝土性能的影響。

2 原材料與試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 原材料

1）水泥：采用某水泥有限公司生產(chǎn)的P.O42.5R硅酸鹽水泥;2）減水劑：采用，某公司N型普通減水劑，其含量為30.5%;3）碎石：采用某石場(chǎng)產(chǎn)碎石，由5～16mm碎石（小石）和16～31.5mm碎石（大石）按7：3 配合而成，符合5～31.5mm連續(xù)級(jí)配要求;4）水：采用自來(lái)水;5）砂：采用某砂廠產(chǎn)河砂，屬O區(qū)中砂;6）石屑：采用來(lái)自某石場(chǎng)的石屑;河砂與石屑的篩分析結(jié)果與基本物理性能對(duì)比見(jiàn)表1、2。

2.2 試驗(yàn)內(nèi)容

該次試驗(yàn)是以強(qiáng)度等級(jí)為C30（配制強(qiáng)度為38.2MPa）的混凝土通過(guò)水灰比、石屑摻量、石粉含量和砂率的變化，研究其對(duì)石屑混凝土性能的影響。河砂混凝土配合比見(jiàn)表3。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 水灰比對(duì)石屑混凝土性能的影響

水灰比對(duì)石屑混凝土性能影響的試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，齡期與抗壓強(qiáng)度曲線如圖1所示。

由圖1可知：1）石屑混凝土的強(qiáng)度隨著水灰比的降低而升高，不同水灰比配制的石屑混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律基本一致;2）在水灰比相同的條件下，石屑與河砂配制混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律基本相同，但河砂混凝土7d前強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度稍比石屑混凝土的速度快，而7d以后河砂混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)速度較石屑混凝土慢;3）在水灰比相同的條件下，石屑混凝土28d的強(qiáng)度比河砂混凝土的約提高5%;4）不同水灰比的石屑混凝土均具有良好的拌和性能。

3.2 石屑摻量對(duì)石屑混凝土性能的影響

石屑摻量（代砂量）對(duì)石屑混凝土性能的影響試驗(yàn)結(jié)果如表5所示，石屑摻量與混凝土抗壓強(qiáng)度曲線如圖2所示。

由圖2可知：1）在水灰比相同的情況下，不同石屑摻量配制出的混凝土強(qiáng)度均能滿足要求，且較河砂配制混凝土強(qiáng)度高。石屑混凝土28d強(qiáng)度較河砂混凝土提高最大為12.8%;2）石屑摻量在40%以內(nèi)時(shí)，石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨著摻量的增大而提高;石屑摻量超過(guò)40%以后，石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨著石屑摻量增加而呈不規(guī)則變化;3）石屑摻量為60%～80%時(shí)，石屑混凝土的粘聚性和保水性最佳;4）不同石屑摻量配制出的混凝土3d、7d和28d強(qiáng)度均符合強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，且變化規(guī)律相同。

3.3 石粉含量對(duì)石屑混凝土性能的影響

石屑中不同石粉含量對(duì)石屑混凝土性能的影響試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。石粉含量與混凝土抗壓強(qiáng)度的關(guān)系如圖3所示。

由圖3可知：1）在水灰比和砂率（石屑全代砂）相同的情況下，不同石粉含量的石屑混凝土28d的強(qiáng)度均較河砂混凝土有一定的提高，提高的最大值為8.6%;2）石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨著石粉含量的增大而提高，混凝土的粘聚性和保水性也有所改善，石粉含量達(dá)到13%時(shí)，石屑混凝土28d的強(qiáng)度最大;3）石粉含量超過(guò)13%以后，石屑混凝土的強(qiáng)度隨著石粉的增大而降低，混凝土的粘聚性和保水性也有所降低。

3.4 砂率對(duì)石屑混凝土性能的影響

砂率（石屑全代砂）對(duì)石屑混凝土性能的影響試驗(yàn)結(jié)果如表7所示，砂率與混凝土抗壓強(qiáng)度曲線如圖4所示。

由圖4可知：1）在水灰比相同的情況下，不同砂率的石屑全代砂混凝土28d的強(qiáng)度均符合配置強(qiáng)度要求，且較河砂混凝土高，最大高16.3%;2）當(dāng)砂率在38%以內(nèi)時(shí)，石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨著砂率的增大而增大;當(dāng)砂率超過(guò)38%以后，石屑混凝土28d的強(qiáng)度則隨著砂率的增大呈不規(guī)則變化;3）不同齡期的強(qiáng)度規(guī)律基本相同;4）砂率在40%以內(nèi)時(shí)，石屑混凝土的拌和性能隨著砂率的增加而提高;超過(guò)40%以后，拌和性能降低。結(jié)合強(qiáng)度及工作性能，試驗(yàn)的砂率選擇40%較為適宜。

4 結(jié)論

（1）石屑混凝土抗壓強(qiáng)度與水灰比之間的關(guān)系符合水灰比定律;在水灰比相同的條件下，不同石屑摻量、不同石粉含量、不同砂率的石屑混凝土28d的強(qiáng)度均能滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，且較河砂混凝土28d的強(qiáng)度還有所提高。

（2）在水灰比相同的條件下，石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨石屑摻量增長(zhǎng)呈現(xiàn)曲線變化，該試驗(yàn)條件下，石屑摻量在40%時(shí)，石屑混凝土28d的強(qiáng)度最高。

（3）在水灰比和砂率相同的條件下，石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨石粉含量增長(zhǎng)呈現(xiàn)曲線變化，該試驗(yàn)條件下，石粉最佳含量為13%，此時(shí)石屑混凝土28d的強(qiáng)度最高。

（4）在水灰比相同的條件下， 石屑混凝土28d的強(qiáng)度隨砂率增大呈現(xiàn)曲線變化，該試驗(yàn)條件下，砂率為38%時(shí)石屑混凝土28d的強(qiáng)度最高，但結(jié)合強(qiáng)度和工作性能，砂率取40%更為適宜。

（5）通過(guò)試驗(yàn)研究可知，采用石屑替代砂配制石屑混凝土能滿足強(qiáng)度和工作性能要求，且較河砂混凝土具有一定的經(jīng)濟(jì)性，石屑混凝土較河砂混凝土每立方的成本至少降低5元左右，值得研究和推廣應(yīng)用。

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