石屑代砂在混凝土工程中的應(yīng)用

摘　要　石屑代砂是克服混凝土工程天然砂缺乏的措施。介紹石屑混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗凍和抗?jié)B性等主要性能，以及在工程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞　石屑　代砂　混凝土

1 　前言

      混凝土是現(xiàn)代建筑工程用量最大的建筑材料，發(fā)揮著其它材料無(wú)法替代的功能與作用。天然砂是混凝土的重要組成部分。目前我國(guó)處于工程建設(shè)的高峰期，建筑用砂需求十分巨大。由于我國(guó)砂資源分布不均勻，加上環(huán)境保護(hù)要求，許多河流已實(shí)施禁止采砂，天然砂資源逐漸不能滿足工程建設(shè)的需要，因此，尋找天然砂的替代品十分迫切。與天然砂相比，石屑具有質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙多孔、有尖銳棱角、粘結(jié)性能良好等特點(diǎn)，并且含有大量料徑小于0.16 mm的石粉。石屑的來(lái)源一般有兩種：一是碎石加工的篩余副產(chǎn)品；二是碎石再加工而成。由于石料廠生產(chǎn)流程和工藝不同，石屑的物理性能指標(biāo)變化范圍較大，細(xì)度模數(shù)的變化范圍為1.7 ～4.5，視密度為2.58 ～2.82 g/ cm3 ，容重在1.36～1.60 g/ cm3 范圍，空隙率在42 % ～ 47 %之間，由此可知，石屑的物理性能與砂相似，是比較適宜的代砂材料。我國(guó)的石灰石、白云巖在開(kāi)采中平均每噸礦石約產(chǎn)出0.5～0.2 t石屑，在采石場(chǎng)堆積大量石屑，不但占用土地、污染環(huán)境，而且造成資源的大量浪費(fèi)。用石屑代砂還解決了天然砂短缺問(wèn)題。在一般地區(qū)，砂的價(jià)格為40～60 元/ t，而由碎石再加工而成的石屑價(jià)格不超過(guò)30 元/ t。所以，石屑代砂也有較好的經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)在20世紀(jì)90年代初期就開(kāi)始了石屑代砂的試驗(yàn)研究。研究發(fā)現(xiàn)石屑代砂混凝土不僅和易性好，且強(qiáng)度有所提高，在一線工程中進(jìn)行應(yīng)用和推廣。并提出在混凝土中以50 %石屑代50 %中砂能提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性能。本文介紹石屑代砂在水柏鐵路的工程應(yīng)用。

2 　石屑的物理及化學(xué)性質(zhì)

      水柏鐵路采用的石屑混凝土的細(xì)骨料由下列不同粒徑的石屑顆粒組成。
      (1) 石屑：粒徑0116～5100 mm 
      (2) 石粉：粒徑< 0116mm 
      石屑試樣的物理指標(biāo)、化學(xué)成分等物理化學(xué)性能分別見(jiàn)表1、表2、表3。

　　從表中看出，石屑與砂相比含有粒徑小于0.16 mm的石粉，其空隙率小于砂，顆粒級(jí)配良好，表觀密度大于砂，說(shuō)明砂骨料疏松多孔，吸水率大，其強(qiáng)度低于石屑；石屑中主要的化學(xué)成份為SiO2、CaO、Al2O3 和MgO等。

3 　石屑代砂試驗(yàn)結(jié)果與分析

     在水柏鐵路施工中，以石屑取代中砂量的30%、40%、50%、60%、80%、100%進(jìn)行試驗(yàn)配比，在水灰比相同及坍落度相同的情況下，配置C30混凝土，以考察石屑混凝土的不同性能，與普通混凝土相對(duì)比，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

　　試驗(yàn)表明石屑混凝土強(qiáng)度均高于普通混凝土的強(qiáng)度，而50%摻量的配合比為最佳配合比，提高性能最明顯。

　　根據(jù)表5三組混凝土的抗凍性對(duì)比試驗(yàn)，可以看出，石屑混凝土的抗凍性高于前者。實(shí)際工作中，也有在混凝土中投入部分石屑來(lái)提高其抗凍性的，這說(shuō)明石質(zhì)良好的石屑部分或全部代砂能改善混凝土的抗凍性。

      綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，由于石屑改善了集料——— 漿體的界面和混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了混凝土的密實(shí)性，以及碳酸鈣顆粒的晶核反應(yīng)加速了C < sub > 3水化并避免了晶體的集中生長(zhǎng)，石屑混凝土的強(qiáng)度比普通混凝土高，抗?jié)B性好、抗凍性高，性能優(yōu)于普通混凝土。

4 　石屑代砂在工程中應(yīng)用

      經(jīng)過(guò)系列的試驗(yàn)配比研究，在實(shí)際施工中，采用將50%摻量的混凝土配合比應(yīng)用于水柏鐵路施工中，既節(jié)約了遠(yuǎn)距離高價(jià)購(gòu)砂的費(fèi)用，又節(jié)約了時(shí)間，降低了施工成本，保證了施工進(jìn)度，給單位創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益，取得了很好的施工效果。以其中C30 為例，石屑混凝土的配合比及混凝土強(qiáng)度見(jiàn)表6。石屑混凝土的材料選擇如下。

     (1) 水泥：普通硅酸鹽42.5級(jí)水泥；
     (2) 粗骨料：碎石5～20 mm；
     (3) 細(xì)骨料石屑：粒徑小于5 mm (石粉含量不超過(guò)25% ) ；
     (4) 中砂：盤(pán)縣砂；
     (5) 外加劑：UNF5高效減水劑；
     (6) 水：飲用水。

5 　石屑混凝土性能

     與普通混凝土比較，石屑混凝土具有以下良好性能。

     (1) 提高了和易性及抗?jié)B性。以石屑取代中砂的石屑混凝土，由于石屑中含有大約14.1 % ～ 17.4 %的石粉微粒，使石屑混凝土具有良好保水性，便于振搗成型，粘聚性強(qiáng)，和易性好。石粉微粒填實(shí)了混凝土中的孔隙，從而增強(qiáng)了水泥與骨料間的密實(shí)性，提高混凝土的抗?jié)B性能達(dá)1倍以上。

     (2) 提高了混凝土的強(qiáng)度。強(qiáng)度是混凝土的一項(xiàng)重要性能指標(biāo)。石屑混凝土強(qiáng)度的高低直接影響到石屑在混凝土的應(yīng)用。由于石屑質(zhì)地堅(jiān)硬，表面粗糙，有尖銳棱角，與水泥的粘結(jié)性能好，石屑的顆粒級(jí)配好于砂，表觀密度大于砂，石屑混凝土的強(qiáng)度高于普通混凝土。石粉中含有大量的SiO₂、CaO、Al₂O₃ 等化學(xué)成分，在水泥水化過(guò)程中，易形成堅(jiān)硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣，從而提高混凝土的強(qiáng)度。

     (3) 降低了收縮性。由于采用石屑取代50% 的細(xì)骨料，石粉微粒填實(shí)了混凝土中的孔隙，增強(qiáng)了水泥與骨料之間的密實(shí)性，在水泥水化過(guò)程中形成了堅(jiān)硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣，改善了混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低了收縮性。從實(shí)際施工的效果看，混凝土硬化后未出現(xiàn)收縮裂紋。

6 　施工中應(yīng)注意的問(wèn)題

     由于石屑代砂混凝土的特殊性，在工程施工過(guò)程中，應(yīng)注意以下幾方面。
     (1) 應(yīng)延長(zhǎng)石屑混凝土的攪拌時(shí)間，并縮短振搗成型的時(shí)間；
     (2) 自然養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)早期潮濕環(huán)境下的養(yǎng)護(hù)，特別是采用礦渣水泥的混凝土，蒸養(yǎng)時(shí)要適當(dāng)控制靜停時(shí)間，嚴(yán)格掌握升溫與降溫時(shí)間；
     (3) 控制石粉含量。石粉含量過(guò)多，會(huì)使混凝土拌合物過(guò)于干稠，阻礙水泥與骨料表面的粘結(jié)，使混凝土強(qiáng)度降低，早期收縮增大，因此，石粉在石屑中的含量不應(yīng)超過(guò)25 %。

7 　結(jié)語(yǔ)與建議

      隨著當(dāng)今建筑行業(yè)突飛猛進(jìn)發(fā)展和施工技術(shù)進(jìn)步與創(chuàng)新，天然砂料短缺的形勢(shì)日益嚴(yán)峻。石屑作為一種潛在的代砂材料，不僅具有一定經(jīng)濟(jì)性和適用性，還具有較好的環(huán)保效益和社會(huì)效益。為了使石屑代砂在混凝土中得到推廣應(yīng)用，建議進(jìn)一步研究下列幾個(gè)問(wèn)題。

(1) 石粉的含量及活性對(duì)混凝土的影響。
(2) 石屑含泥量的檢測(cè)方法。
(3) 石屑混凝土的微觀機(jī)理。
(4) 制定石屑應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
(5) 石屑混凝土的收縮、碳化以及對(duì)鋼筋的銹蝕性能。
(6) 石屑代砂混凝土的推廣應(yīng)用。