花岗岩矿石废料混凝土砌块配合比试验研究.pdf

新 建魄 中 国 科 技 核 心 期 刊 花岗岩 石废料混凝士砌块 配合比试验研究 赵更歧， 张赞， 全江伟， 李庆 ( 郑州大学 土木工程学院， 河南 郑州4 5 0 0 0 0 ) 摘要： 根据花岗岩矿石的特点， 选出水灰比、 水泥用量、 粉渣比3 种主要因素， 分别用花岗岩矿石粗骨料 1 0 0 替代天然碎石、 用花岗岩石粉部分替代天然砂， 通过正交试验， 得出各因素对抗压强度及弹性模量的影响程度， 从而确定花岗岩矿石废料混凝土砌 块的最优配合比， 并且检验是否达到 目 标强度。对花岗岩矿石混凝土和成品砌块的经济性进行分析， 分别与普通混凝土和蒸压灰砂 砖对 比， 结果表明， 花 岗岩矿石 混凝土砌块 能够达到 目标强度 ， 并且具有 良好的经济效益。 关键 词： 混凝土砌块： 正交试验； 花岗岩废料； 配合比； 经济性 中图分类号： T U 5 2 8 ： T U 5 2 2 3 + 6 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 1 5 0 3 A mi x p r o p o r t i o n o p t i mi z a t i o n d e s i g n o f g r a n i t e o r e wa s t e c o n c r e te b l o c k Z H A0 G e n g q i ， Z H A NG Y u n ， QU AN J i a n g w e i ， ，Q ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e rin g ， Zh e n g z h o u Un i v e r s i t y ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 0 0， He n a n， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： Ac c o r d i n g t o t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f g r a n i t e o r e ， t h r e e m a i n f a c t o r s ( c e me n t w a t e r r a t i o ， c e me n t c o n t e n t ， p o w d e r s l a g r a t i o ) we r e s e l e c t e d， wi t h c o a r s e a g g r e g a t e o f g r an i t e o r e 1 0 0 r e p l a c e me n t o f n a t u r a l s t o n e ， a n d gra ni t e p o wd e r wi t h pa r t i a l r e p l a c e me n t o f n a t u r a l s an d By o r t h o g o n a l e x p e r i me n t t h e i n flu e nt i a l s e q u e n c e o f e a c h f a c t o r t o c o mp r e s s i o n s t r e n g t h an d e l a s t i c mo d ulu s wa s a r r a n g e dF i n a l l y ， t h e b e s t mi x p r o p o r t i o n o f g r a n i t e o r e wast e c o n c r e t e b l o c k Was p r e s e n t e d ， a n d e x a mi n e wh e t h e r rea c h t h e t arg e t s t r e n g t h Ma k e e c o n o mi c a n a l y s i s o f gran i t e o r e c o n c r e t e an d t h e fin i s h e d b l ock， and c o mp a r e wi t h the o rdi n a r y c o n c r e t e a n d a u t o c l a v e d s a n d l i me b r i c k r e s p e c t i v e l y T he r e s u l t s s h o w t h a t t h e grani t e O re c o n c r e t e c a l l r e a c h t h e t arg e t s t r e n gth， an d h as g o o d e c o n o mi c b e n e fi t Ke y wo r d s ： c o n c r e t e b l ock ； o r t h o g o n a l e x p e r i me n f ： gra n i t e w a s t e ： mi x p r o p o r t i o n ： e c o n o m y O 引言 随 着石材开采及加工市场的快速发展， 在石材生产过程 中产生了大量的废料，而花岗岩矿石加工自 然也不能例外。 花岗岩矿石加工时会产生大量的边角料、 粉末颗粒等， 边角 废料堆积如山占 用了 大量的 土地资源， 而粉末颗粒在大风作 用下随风飘荡， 对矿山资源附近的居民生活造成了巨大的影 响 1- 2 。这不仅污染环境， 而且得不到有效利用， 还会造成资源 浪费， 不利 于环境和资源的 保护。 近些年， 很多国家利用 花岗 收稿 日期： 2 0 1 3 0 9 1 2 作者简介： 赵更歧， 男， 1 9 7 0 年生， 河南南阳人， 教授， 博士， 研究方 向： 结构加固技术研究。地址： 河南省郑州市科学大道 1 0 0号， E m a i l ： z h a o g e n g q i z z u e d uc n。 岩矿石废料变废为宝， 十分重视花岗岩矿石废料的综合利用， 我国 对花岗 岩矿石废料再利用的 研究也 在逐步扩展。 砌体结构是我国 房屋建筑中 最常见、 应用最广泛的结 构 形式之一。我国城乡以砌体材料为主要建筑材料， 并用以建 造的各类房屋仍占到7 0 左右圈 。由于国家对黏土砖的逐步 禁止使用， 目 前在农村地区主要使用蒸压灰砂砖作为砌体材 料。 利用花岗岩矿石废料中的边角料及碎石， 经过破碎、 分级、 清洗， 并按一定比例配合后， 作为再生骨料部分或全部替代天 然砂石配制花岗岩矿石废料混凝土砌块， 不仅能够作为墙体 材料代替蒸压灰 砂砖， 而且也达到了 变废为宝的目 的。 考虑到工程实际应用， 花岗岩矿石废料混凝土的目 标强 度为C 1 5 一 C 2 5 ，本文参照普通混凝土的配合比设计方法， 选 定3 种因素， 建立正交表L 9 ( 3 3 ) 进行试验， 从而确定最优配合 比， 并将花岗岩矿石废料混凝土 砌块与蒸压灰砂砖的 经济性 N E W BUI L DI NG M ATE R l AL S 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵更歧， 等： 花岗岩矿石废料混凝土砌块配合比试验研究 进行对比分析。 1 原材料及试验方法 1 1 原材料 ( 1 ) 水泥： 河南孟电集团有限公司产4 2 5 级复合硅酸盐 水泥， 2 8 d 抗压强度4 4 M P a 。 ( 2 ) 砂： 河砂， 细度模数2 7 9的中砂。 ( 3 ) 再生骨料： 以河南省内乡县宝天曼石材有限公司废弃 的花岗岩为骨料源，取花岗岩加工过程中产生的石粉为部分 细骨料， 取边角废料等花岗岩石经人工破碎加工， 取5 3 5 m m 连续级配的颗粒作为粗骨料。 粗骨料的性能见表 1 。 表 1 粗骨料的性能 1 2 试块的制作 试块尺寸： 抗压强度试块为1 0 0 m m x l 0 0 m m l O 0 m m ； 弹 性模量试块为1 0 0 m m x l O 0 m m x 3 0 0 m m 。 试块制备过程如下： 组装试模 试模壁涂刷机油一填料， 捣 实一在振动台上振捣密实一收平试模表面， 静放2 4 h 一拆模， 取出试块， 置于标准实验室养护至 2 8 d 。 1 3 正交试验设计 通过测试花岗岩矿石粗骨料的颗粒级配发现该级配较 差， 不符合G B ,r I 1 4 6 8 5 -2 0 0 1 健 筑用卵石、 碎石 中颗粒级配 的要求； 试验所用细骨料为花岗岩石粉与天然砂按一定比例 掺合而成， 故未对其颗粒级配进行测试， 但其颗粒级配相对天 然骨料也较差， 也不符合J G J 5 2 _ - 2 0 0 6 普通混凝土用砂、 石质 量及检验方法标准 的要求。相关研究 表明， 可以通过级配 调整使其符合相关标准， 但由于本试验的目标强度( C 1 5 C 2 5 ) 相对较低， 且考虑到花岗岩矿石废料在破碎中的整体成本， 本 试验未对花岗岩矿石混凝土的骨料颗粒级配进行调整。在配 合比设计中， 以普通混凝土配合比设计方法为基准， 利用正交 试验表安排试验。 本试验主要考虑3 个因素， 分别是水灰比、 水泥用量和粉 渣比( 花岗岩矿石细骨料和花岗岩矿石粗骨料的比值) ， 每组 包含8 个 试件。 正交设计的因素与 水平见表2 ， 正 交试验结果 见表3 。 表 2 正交试验因素水平 1 6 新型建筑材料 2 0 1 4 1 表 3 正交试验结果 1 4 试验结果分析 从表3 可以看出， N 5 配合比的花岗岩矿石混凝土砌块达 到C 1 5 级， N 2 ， N 3 ， N 4 ， N 9 均达到C 2 0级， N l ， N 6 均达到C 2 5 级， 而N 7 ， N 8 到 达了C 3 0 级， 高 于目 标强度。 为了 进一步 研究 水灰比、 水泥用量和粉渣比对花岗岩矿石废料混凝土砌块抗 压强度和弹性模量的影响， 对正交试验结果进行K值和极差 尺分析， 见表4 。 表 4 正交试验极差分析 由表4 可知， C的极差最大， 其次是A和B 。根据极差的 顺序可知各因素的主次顺序， 即C A B 。故粉渣比是影响混 凝土试块抗压强度和弹性模量的主要因素，水灰比是重要因 素， 而水泥用量的影响较小是次要因素。 ( 1 ) 抗压强度 由表3 可知， 随着水灰比的减小， 花岗岩矿石废料混凝土 砌块强度成递增趋势， 与普通混凝土砌块的性质相符； 而随着 水泥用量的增加， 砌块强度逐渐减小， 这与普通混凝土砌块的 性质不符； 当粉渣比为2 0 2 5 时， 抗压强度呈下降趋势， 当 粉渣比为2 5 3 0 时，抗压强度呈上升趋势，当粉渣比为 2 0 时， 抗压强度达到最大值。因此， 花岗岩矿石废料混凝土 砌块抗压强度的最佳配合比为A 3 B 1 C 1 ， 即水灰比O 6 0 、 水泥 用量2 3 0 k g m 3 , 粉渣比2 0 。 ( 2 ) 弹性模量 由表3 可知， 随着水灰比的减小， 花岗岩矿石废料混凝土 矽 J 块的弹性模量呈递增趋势； 当水泥用量为2 3 0 2 5 0 k g m 。 时， 弹性模量呈上升趋势， 当水泥用量为2 5 0 2 7 0 k g m 时， 弹性 模量呈下降趋势， 当水泥用量为2 5 0 k g m 时， 弹性模量达到 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 赵更歧， 等： 花岗岩矿石废料混凝土砌块配合比试验研究 最大。 因此， 花岗岩矿石废料混凝土砌块弹性模量的最佳配合 比为A 3 B 2 C 2 ， 即 水灰比0 6 0 、 水泥用量2 5 0 k g m 3 , 粉渣比2 5 。 2 经济性分析 2 1 花 岗岩矿石废料混凝土与普通混凝土的 经济性对 比分析 通过查阅相关定额，现以大型花岗岩板材加工厂废料堆 积地就地取材加工混凝土骨料为例。本次经济分析实地考察 了矿山附近地区各种材料单价及河南省内乡县宝天曼石材有 限公司各种支出费用，得到花岗岩矿石混凝土与天然骨料混 凝土综合单价的对比， 见表5 。 表 5 花岗岩矿石混凝土与天然骨料混凝土单价对比 从表5 可以看出， 以N 5 配比为例， 每m C 1 5 级混凝土价 格， 花岗岩矿石混凝土成本比天然骨料混凝土低 7 2 元， 花岗 岩矿石混凝土的综合单价要比天然骨料混凝土明显占优势。 从而可以看出， 花岗岩矿石废料再利用， 不仅可以节约天然资 源， 同时所产生的社会、 经济和环保效益无疑是巨大的。 2 2 花 岗岩矿石废料混凝土砌块与蒸压灰砂砖 的 经济对比分析 从市场了解到，每块蒸压灰砂砖的价格在0 2 8 元左右， 则1 m 的蒸压灰砂砖价格为0 2 8 x 5 1 2 = 1 4 3 3 6 元。 现以N 2 配 比为例制备花岗岩矿石砌块砖， 1 m 的花岗岩矿石混凝土综 合单价为9 9 8 元， 取制作1 块花岗岩砌块砖的加工费为0 0 2 元， 则 I 1 s 花岗岩砌块的加工费为0 0 2 x 5 1 2 = 1 0 2 4 元， 取制 备这种砖的利润为3 0 ，则得到 1 m 岗岩砌块砖的价格为 ( 9 9 8 + 1 0 2 4 ) ( 1 + 3 0 ) = 1 4 3 0 5 元。由此可以看出， 制备花岗 岩砌块与蒸压灰砂砖在价格上不相上下，但花岗岩砌块的强 度比蒸压灰砂砖占优势， 且从环保效益上来说， 花岗岩砌块砖 更具环保效益。 3 结语 ( 1 ) 由试验结果可以看出， N 5 配比的花岗岩矿石混凝土 砌块抗压强度达到C 1 5级， N 2 、 N 3 、 N 4 、 N 9 均达到 C 2 0级， N l 、 N 6 均达到C 2 5 级， 而N 7 、 N 8 到达了C 3 0 级， 高于目 标强 度， 可以用于工程中。 ( 2 ) 由试验结果极差分析得到， 在抗压强度方面， 粉渣比 是影响抗压强度的主要因素， 水灰比是重要因素， 而水泥用量 的影响较小是次要因素，抗压强度较高的配合比组合为 A 3 B 1 C 1 。对于花岗岩矿石混凝土砌块的弹性模量， 粉渣比影 响较大， 其次是水灰比， 再次是水泥用量， 试块静力受压弹性 模量较高的配合比组合为A 3 B 2 C 2 。 ( 3 ) 在经济性方面， 从混凝土的角度来看， 花岗岩矿石废 料混凝土比普通混凝土要便宜， 考虑综合单价后， 花岗岩矿石 混凝土比天然骨料混凝土更具优势，花岗岩矿石废料的再利 用， 社会、 经济、 环保效益显著。 ( 4 ) 从成品砌块的角度来看， 制作花岗岩砌块与蒸压灰砂 砖在价格上不相上下，但花岗岩砌块砖的强度比蒸压灰砂砖 有优势， 且从环保效益来说， 花岗岩砌块更佳。 参考文献： 【 1 】 李小梅， 吴春山， 庄一庭 石板材加工行业的水环境污染特征研 究f J 福建师范大学学报： 自 然科学版， 2 0 0 6 ， 2 2 ( 4 ) ： 6 8 7 9 【 2 】 谢辉铭 浅谈石材业污 染治理的几点对策 J 环 境管理 ， 2 0 0 7 ， 1 9 ( 6 )： 6 3 6 4 1 3 J3 郝彤 再生混凝土多孔砖( 碎砖) 配合比实验及其成型工艺研究 J 建筑科学， 2 0 0 6 ， 2 2( 5 ) ： 5 5 5 7 4 】 肖建庄 再生混凝土【 M E 京： 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 8 ： 2 8 2 9 5 李秋义 再生混凝土性能与应用技术 M 】 北京： 中国建材工业出 版社 ， 2 0 1 0 ： 2 0 2 3 A N E W BUl L DI NG M AT ER I AL S l 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m