石屑在预拌混凝土中研究与应用.pdf

2 0 1 0 年 第 8 期 (总 第 2 5 0 期 J Nu mb e r 8 i n 2 0 1 0 ( T o t a 1 No 2 5 0) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M I XED CONCRETE d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 0 0 8 0 3 5 石屑在预拌混凝土中研究与应用 袁天海，刘志茂，孙克平。郭明明 ( 中建商品混凝土有限公 司，湖北 武汉 4 3 0 0 7 4 ) 摘要 ： 主要 对石粉 量较高的石屑性能及检验方法进 行了摸 索 与探究 ， 结合石屑的 自有特点 ， 通过力学性能、 耐久性 等研究 ， 确定其在 混凝土中的最 佳用量 ， 并根据实际生产情况 ， 总结了石屑在 泵送混凝土 的应用技术和注意事项。 关键词 ： 坍 落度损失 ；石 屑；含泥量 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 o ) o 8 0 1 0 3 0 3 St on e c hi p i n t h e pr odu c t r e s e ar c h a nd ap pl i c a t i on of c on c r e t e yUAN Ti a n h a i LI U Zh i - ma o 。 S UN Ke - pi n g GUO Mi n g- mi n g ( C h i n a C o n s t r u c t i o nR e a d yMi x e dC o n c r e t e Co ， L t d ， Wu h a n4 3 0 0 7 4 ， C h i n a ) Abs t r ac t ： Hi g h e r l e v e l s o f s t o n e c h i p s o n t h e p o wd e r p r o p e i e s a nd t e s t me t h o d s f o r t h e e x plo r a t i o n a n d i n q u i r y， c o mb i n e d wi t h c h a r a c t e r i s t i c s o f s t o n e c h i p s o f i t s o wn， r o u g h s e v e r a l e x p e r i me n t s t o d e t e r m i n e t h e o p t i m a l d o s a g e i n c o n c r e t e， a n d b a s e d O f 1 t h e a c t u a l p r o d u c t i o n r e v i e w a s t o n e c h i p i n t h e c o n c r e t e p u mpi n g a p p l i c a t i o n s a n d c o ns i d e r a t i o n s Ke y wor ds ： s l u mp J o s s ； s t o ne c h i ps ； mud c o n t e n t 0 引 言 石屑属于废弃资源的一种， 其伴随着混凝土组成材料碎石 的开采而产生， 石屑的来源一般有两种 ： 一是碎石加工的筛余 副产品； 二是碎石再加T而成f j 1 。我国的石灰石 、 白云岩在开采 中平均每吨矿石约产 0 2 0 5 t 废弃石屑 ， 在采石场大量堆积 ， 不但占用土地、 产生粉尘污染， 而且造成资源的大量浪费 。目前， 就我国对环境保护以及现有河砂资源短缺的需求来看， 石屑在 混凝土中的研究与应用已经十分的必要和紧迫。 由于采石厂生产流程和1 二 艺不同， 石屑的物理性能指标 变化范嗣较大， 细度模数的变化范围为 1 7 - 3 5 ， 空隙率在4 2 4 7 之 间， 物理性能与天 然河砂相似 。本研究应用 的石 屑较 以 往文献中提及的不同， 其粒径范围主要集中在 0 2 3 6 mm之 间， 石粉含量最高可达 2 0 以上( 本文将 O 0 7 5 ml T l 以下的颗 粒定义为石粉， 下同) ， 为其在混凝土中“ 取砂代粉” 提供了有 利空 间 。 1 原材料与试验方 法 1 1 原材料 石届的产地为湖北武汉， 其表观密度 2 7 8 0 k g m ， 堆积密 度 1 5 9 0 k g m ， 空隙率 4 3 ， 含泥量亚甲基蓝溶液检测值小于 1 0 ， 颗粒级配见表 1 。 三次随即采集的石屑样品， 其石粉含量分别为 2 5 0 、 2 8 1 、 2 6 O 。从石粉含量和颗粒级配来看， 石屑匀质性较好 ， 其细度 模数波动较小。 水泥 ： 亚东水泥厂， P O4 2 5 级水泥 ， 2 8 d 强度为 4 9 2 MP a ； 收稿 日期 ：2 0 1 0 - 0 3 2 1 表 1 石屑的颗粒级配检测值 粉煤灰： 汉川电厂， I 级粉煤灰， 细度为 1 7 ； 减水剂： 聚羧酸减水剂， 固含量 1 0 ， 减水率为 2 3 7 。 1 2试验 方 法 通过试验研究确定石屑取代河砂的百分率， 针对 C 2 5 - - C 4 0 等不同强度等级混凝土进行试配， 分别检测混凝土的工作性、 工 作性保持， 及强度发展情况。石屑中含有约 2 0 3 0 的石粉， 石 粉的加入可以显著改善混凝土拌合物、 硬化 昆 凝土的性能， 依据 混凝土的工作性和强度发展情况， 进行如下研究： ( 1 ) 对石屑混凝土力学性能进行分析； ( 2 ) 对石屑氧化物含量和石屑混凝土微观结构分析， 验证 增强机理 ； ( 3 ) 通过对石屑混凝土的收缩、 碳化、 氯离子渗透的性能检 测， 分析其耐久性指标。 2 试验研 究与应 用 2 1 试 验 结果及 配合 比确 定 依据试验方法， 分别对石屑的掺量( 代砂率) 、 胶凝材料降 低空间、 石屑混凝土的坍落度损失试验等进行研究 。主要存在 的问题是石屑中含泥量控制难度大； 石屑混凝土用水量较普通 混凝土高 。 易产生开裂现象； 石屑混凝土坍落度损失较普通混 1 O3 凝土稍快 ， 易影响施工性 。通过对 石屑含泥量控制 ， 以及石屑代 砂率、 外加剂用量和配合比的优化， 有效解决了坍落度损失快 及混凝土易开裂等问题。表 2与表 3 分别为普通混凝土配合比 与石屑混凝土配合比的对比情况。 表 2 普通混凝土配合比 由表 2和表 3可以看 ， 石屑混凝土强度完全满足要求， 7 d 强度基本可达设计强度的9 0 ， 2 8 d 强度富余值达 7 MP a以上。 石屑混凝土拌合物性能与力学性能明显优于普通混凝土， 石屑 掺量在 3 0 5 0 为最佳 ， 大于7 0 时力学性能劣化。 2 2 石屑混凝土增强机理分析 为深入研究石屑对混凝土 的增强机理 ， 对石屑混凝土微观 形貌进行 了分析 ， 见图 1 、 2 。 图 1 河砂砂浆 SE M 图 2 石屑+ 河砂砂浆 S E M 从形貌图可以看出， 河砂砂浆中存在较多孑 L 隙， 且浆体与 砂粒界面密实度稍差 ； 石屑混凝土结构较河砂混凝土结构而言， 孔隙率明显降低 ， 界面密实度较高。混凝土内部孔隙率降低、 胶 凝材料与集料问界面密实性增强， 强度增强效果明显。其主要 原 因如下 ： ( 1 ) 石屑中含有高达 2 0 以上的石粉( 0 0 7 5 I n lT l 以下) ， 这 些石粉的加入充分改善了混凝土内部孔结构， 使得混凝土结构 内大孑 L 得到细化， 密实性得到增强， 进而使强度增加。 1 0 4- ( 2 ) 石屑中大量石粉的存在 ， 使得新拌混凝土的浆体量增 加， 保水性和抗泌水性增强 ， 增强了浆体与集料界面的咬合力 以及 过渡 区的密实度 ， 使强度增加。 ( 3 ) 石屑是石块经破碎收集的， 表面粗糙且多棱角， 除使浆 体与集料的界面的黏结力增强外， 也有利于界面结构的改善， 从 而使强度增加。 2 3石屑 混凝 土应 用 石屑混凝土配合比确定及相关陛能检测合格后， 组织了 C 3 0 石屑混凝土的中试生产，配合比与前文一致，共生产石屑混凝土 3 4 m3 , 初始坍落度和扩展度分别为 2 1 0和 5 4 0 mm， 1 5 h分别为 1 9 0和4 9 0 ram， 拌合物坍落度 1 5 h 损失为 2 0 mm， 满足施工要求。 从中试情况看 ， 混凝土施工性能完全满足要求， 石屑混凝 土2 8 d强度比设计强度高 1 0 2 MP a ， 单位立方米成本较普通混 凝土节约 3 6元。 2 4耐久 性 能检 测 ( 1 ) 体积稳定性。 从图3可以看出， 石屑混凝土 1 8 d收缩值 仅为 2 6 o ， 与普通混土相当。石屑内部的颗粒状固体以及胶 凝材料用量的降低和结构密实性增强等因素， 抵消了因石屑需 水量曾大而带来的干缩，因此并没有出现明显的收缩现象 ， 而 表现出良好的体积稳定性。 龄 期 ， d 图 3 收缩试验 ( 2 ) 抗氯离子渗透试验。 将标养 2 8 d的 C 3 0石屑混凝土进 行抗氯离子渗透试验检测。 经检测， 饱和试件后， 在 6 O V直流电 压下经过 6 h的电通量平均值为 1 4 0 4 0 C 。电通量处于较低水平， 低于普通混凝土电通量的平均值。 ( 3 ) 碱度变化与抗碳化测试。碳化对钢筋保护十分不利， 也 是混凝土耐久性的一个关键指标。 为此分别进行碱度、 碳化箱快 速碳化， 以及现场实体碳化深度测定。 测定结果为石屑混凝土与 普通混凝土的7 d 碱度分别是 1 3 6 1 和 1 3 8 5 ， 碱度相近 ； 速测定 石屑混凝土碳化值为 4 6 m m， 与普通混凝土相近； 现场石屑混 凝土碳化深度检测， 2 8 d 碳化深度为仅为 0 6 mm， 明显低于普通 混凝土。图 4为过程中的碱度与碳化深度测定。 图 4碱度与碳化值检 测 通过对石屑混凝土的收缩、 抗裂、 抗氯离子渗透， 以及碳化 和碱度的测定 ， 可以看出石屑混凝土的收缩和开裂试验与普通 混凝土相当；抗氯离子渗透和抗碳化性能优于普通混凝土， 具 有 良好 的耐久性。 3结论 ( 1 ) 石屑混凝土的流动性和黏聚性较普通混凝土有很大改 上接第 9 5页 果表明， 当水灰比为 O 2 9时， 该减水剂的水泥净浆减水率高达 5 0 以上， 砂浆的收缩率得到大大的改善_ 1 8 】 。 这种方法虽然可以控制聚合物的分子量， 但分子设计 比较 困难， 主链一般也只能选择含 C OO H基团的单体， 否则很难接 枝 ， 且这种接枝反应是个可逆平衡反应， 反应前体系中已有大 量的水存在， 其接枝度不会很高且很难控制。 5 聚羧酸系高效减水剂的展望 高性能减水剂的研究在外加剂的研究中已成为各国科学 家研究的热点 ， 它的发展推动着混凝土材料的发展。目前， 对聚 羧酸减水剂的研究还主要是工艺成本的研究， 在基础理论研究 方面比如聚羧酸减水剂的作用机理， 分子结构的设计 ， 分子结构 与减水剂性能的关系等的研究还需要进一步的加强。目前制约 我国聚羧酸系减水剂应用与发展的主要因素在于聚羧酸系减 水剂母体性能单一， 无法满足不同性能混凝土的要求， 因此复配 技术得到了发展。但是复配技术会带来一系列的问题， 比如外 加剂与水泥的相容性不好， 后期强度不高， 环境污染等， 要从根 本上达到高性能， 生态化， 国际化的目标 ， 还要从分子设计的角 度出发， 研究高性能混凝土结构与性能的关系， 开发出减水率更 高 、 性能更优异、 经济性也更好的产品。随着研究的深入 ， 聚羧 酸系减水剂必将 能得到广泛的开发应用 。 参考文献 ： 1 熊 大玉 ， 王小虹 混凝土夕 卜 力 口 齐 U M 】 - ID V, ： 化 学工业出版社 ， 2 0 0 2 ： 3 4 _ 4 n 【 2 王玲， 田培 ， 白杰， 等 我国混凝土减水剂的研究现状及未来f J 】 混凝 土与水泥制品， 2 0 0 8 ( 5 ) ： 1 - 7 3 】 蒋正武 ， 孙振平， 王培铭 我国聚羧酸系减水剂工业发展现状与方向 探讨 J 混凝土， 2 0 0 6 ( 4 ) ： 1 9 2 0 1 4 J 李祟智 ， 冯乃谦， 李永德 聚羧酸类高性能减水剂的研究进展【 J 1 匕 学 建材， 2 0 0 1 ( 6 ) ： 3 8 4 1 5 周志威 ， 吕生华， 李芳 聚羧酸系高效减水剂的研究进展【 J 】 1 匕 学建 材 ， 2 0 0 6 ( 2 2 )： 3 4 3 8 善， 降低了混凝土泌水与离析现象产生的概率， 能够很好的改善和 日 的性能， 并提高混凝土抗压强度。 ( 2 ) 当石屑中 O 0 7 5 mr f l 以下的石粉含量在 2 0 3 0 之间 时， 单位立方米混凝土的石屑用量在 2 5 0 3 5 0 为最佳， 此时 单位立方米胶凝材料总量可减少 2 0 - - 4 0 k g ， 且强度较以往增加 51 0 M Pa 。 ( 3 ) 外加剂掺量应以胶凝材料与石粉含量的总和为基数， 进行添加和调整。 ( 4 ) 施工石屑混凝土过程中， 除应满足普通混凝土要求外， 还应加强现场的浇捣 、 覆盖养护的措施。 参考文献 ： 【 l 】 李拖福， 严亚光 石屑在混凝土中的应用 J 】 _ 山西建筑， 1 9 8 7 ( 2 ) ： 2 7 2 9 【 2 】 安文汉石屑混凝土强度及微观结构试验研究 山西建筑， 1 9 8 9 ( 2 ) l 9 2 6 作者简介 ： 单位 地址 ： 联 系电话 ： 袁天海( 1 9 7 2 一 ) ， 男 ， 工程师。 武汉市洪山区武珞路 4 5 6 号 新时代商务中心 4 3 楼科技 部 ( 4 3 o o 6 4 ) 0 2 7 8 2 3 5 6 8 1 0 6 】田培 ， 王玲 我国混凝土外加剂现状及发展趋势 中国混凝土外加 剂， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 1 5 5 7 】 单平平， 姚志雄 聚羧酸高性能减水剂推广应用的问题研究 J 1 _ 福建 建筑， 2 0 0 8 ( 1 0 ) ： 3 4 3 6 8 J任先艳， 刘才林 聚羧酸减水剂与三种其他高效减水剂的复合效应 研究 J 】 化学建材， 2 0 0 9 ( 2 5 ) ： 4 2 4 5 9 】WI N N E F E L D F ， B E C K E R S ， P A KU S C H J ， e t a 1 E f f e c t o f t h e ree l e c u l a r a r c h i t e c t u r e o f c o mb- s h a p e d s up e r p l a s t i c i z e r s o n t h e i r p e r f o r ma n c e i n c e m e n t i t i o u s s y s t e ms J C e m e n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 7 ( 2 9 ) ： 2 5 1 2 6 2 【 l O H e r b e r r H o mm e r I n t e r a c t i o n o f p o l y c a r b o x y l a t e e t h e r w i t h s i l i c a f u me J J o u r n a l o f t h e E u r o p e a n C e r a m i c S o c i e t y ， 2 0 0 9 ( 2 9 ) ： 1 8 4 7 1 8 5 3 1 1 张恂， 顾丽瑛， 张洪涛 国内聚羧酸系高性能减水剂的合成及研究状 况 J 】 胶体与聚合物 ， 2 0 0 7 ， 2 5 ( 2 ) ： 4 5 4 8 1 2 郑文嫣， 韩冬， 宋冶 一种聚羧酸减水剂的合成与减水性能研究I J j 化 学建材， 2 0 0 7 ( 2 3 ) ： 9 - 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