石屑特性及在混凝土中的利用.pdf

文章编号：1 0 0 7 — 0 4 6 X ( 2 0 i 0 ) 0 6 - 0 0 4 2 — 0 2 专题论述 石屑特性及在混凝土中的利用 P r o p e r t i e s o f S t o n e Ch i p a n d i t s Ut i l i z a t i o n i n Co n c r e t e 鞠利艳 ，於临峰 ，李春霞 ( 1 ． 上海 申通地铁集 团公司，上海2 0 0 0 0 0 ；2 ． 上海市建筑科学研究院 ( 集团 )有限公司，上海2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ： 介绍 石屑的 特性及 对混凝 土性能 影响 ，指 出了石屑 应 用于混凝 土 时需注意 的 问题 ，并提 出了石 屑混凝 土进一 步研 究的 方 向。 关键词 ： 石屑 ；废 弃物 ；混凝土 ；资源化 利用 中 图分 类 号 ：T U5 2 8 ． 2 文 献标 识 码 ：A 0前 言 混凝土用的砂、石料本身就是一种自然资源，随着国 民经济建设的快速发展，需求量相当大。不少石料厂生产 混凝土粗集料过程中，粒径 <5 m m 的颗粒 ( 石屑 )被 作为废弃物未充分利用。作为生产中弃料的石屑，如能得 到有效利用，不但节约了资源，同时也减少了环境污染， 还可能为工程建设带来技术经济效益。 1石屑的定义 在工程实践中，通常将石屑、机制砂和人工砂混为一 谈， 其定义也一向比较混淆。而在J T G E 4 2 — 2 0 0 5《 公路工 程集料试验规程》中有明确规定：石屑是指采石场加工碎 石时通过最小筛孔 ( 通常为4 ． 7 5 m m)的筛下部分。机制 砂是指由碎石及砾石经制砂机反复加工至粒径 <2 ． 3 6 m m的 人工砂。而人工砂是指经过人为加工处理得到的符合规格 要求的细集料，通常指石料加工过程中采取真空抽吸等方 法，除去大部分土和细粉或将石屑水洗得到的洁净的细集 料。从以上定义可发现，石屑与机制砂、人工砂的明显区 别在于，石屑为工业生产过程中产生的尾料，是一种典 型的废弃物，而机制砂和人工砂均是通过人为加工处理得 到，不属于废弃物范畴。 时，由于制备方法不同使得石屑的各项物理性能指标变化 范围较大，细度模数在 1 ． 7 — 4 ． 6 之间，表观密度在2 ． 6 4 g ／ c m ～ 2 ． 8 4 g ／ e m 之间，堆积密度在 1 ． 3 8 g ／ c m ～1 ． 5 9 g ／ e m 之问，空隙率在4 2 ％ 5 8 ％之间。表 1 列出了上海周边地 区几个典型品种石屑的物理指标。 表 1 石屑的物理指标 石屑中主要的化学成份为二氧化硅 ( S i O )、 氧化钙 ( C a O)、氧化铝 ( A 1 ： O ， )和氧化铁 ( F e O ， )等，与其 母岩相同，但由于各采石场的岩石种类和碎石生产工艺有 差异，不同采石场生产的石屑在化学成分上存在一定差异。 表 2 列出了上海周边地区几个典型品种石屑的化学成分。 表 2 石屑的化学成分 ％ 品种 S i O z A 1 2 03 C a O F e ~ 0 3 K2 0 Na 2 0 Mg O T i O 2 石屑 l 5 7 ． 1 5 1 7 ．8 1 8 ．4 8 5 ．2 3 4 ．2 2 2 ．5 6 2 ． 3 4 0 ． 9 1 石屑 2 # 7 1 ．3 6 1 5 ．0 7 O ．3 2 5 ．6 5 3 ． 8 2 0 ． 1 0 2 ． 1 6 O 6 4 石屑 3 # 5 8 _ 3 8 1 7 ． 1 9 8 7 8 5 ．2 4 4 ．2 3 2 ．4 8 1 9 2 O 5 7 石屑 辅 6 6 ．8 0 1 4 I3 4 3 ． 4 4 6 ．2 8 3 ．4 0 l 3 4 2 ． 2 9 0 ． 6 7 2石屑的性质 3石屑在混凝土中的利用 石屑是碎石加工过程中的副产品，其粒径一般< 5 m m， 通常含有一定数量的石粉。石屑中石粉含量因地域和碎石 制备方法的不同而有较大差别，一般在 3 ． 0 0 ％ 1 5 ％。同 4 2 C0AL ASH 6 ／ 2 01 0 全国石屑的产量究竟有多少，尚未有确切的数据。但 我国每年混凝土产量约为 7 亿方，消耗碎石约 7 ． 5 亿 t ，由 此推算，每年生产这些碎石过程中约产生了 1 ． 4亿 t 的石 屑。目前，小部分石屑被砖厂、砌块厂等企业用于生产墙 体材料， 但由于石屑品质波动较大，质量好坏不一，还没 有被大规模使用，大部分被作为废弃物在露天堆放，给周 边环境带来极大的压力。根据前面所述 ，石屑的颗粒性质 与普通混凝土用河道中砂有一定相似之处，能替代部分中 砂用作混凝土细集料，当前，已有少量专家学者致力于石 屑在混凝土中的利用技术研究。 3 ． 1石屑对混凝土性能的影响 ( 1 )拌合物性能 对于石屑对混凝土拌合物性能的影响，有学者认为⋯ ， 由于石屑中含有大量的石粉，导致混凝土的需水率增大， 同时，石屑外形颗粒粗糙、多棱角，影响混凝土的流动性， 但通过加人减水剂，便可有效改善其流动性。在达到特定 的坍落度时，减水剂用量随石粉含量的增加而增大。在混 凝土达到特定坍落度时，掺有 1 5 ％花岗岩质石粉细集料配 制的混凝土，所用的减水剂用量是无石粉细集料的 1 ． 5 ～ 2 ． 5倍。此外 ，石屑含有大量的细粉，补充了混凝土的 细颗粒，使混凝土拌合物浆体量增加，从而使混凝土的保 水性和黏聚力增强，泌水性减少， 可改善混凝土的和易性 。 ( 2 ) 力学性能 大多研究表明：在材料、温度相同的条件下，水泥、 砂、石子用量相同时，石屑混凝土的抗压强度、劈拉强度、 轴心抗压强度比同龄期的普通混凝土有所提高，弹性模量 略大于同龄期的普通混凝土。但不同的学者对其强度提高 机理的解释不同。有学者认为 ，石屑中的石粉使得浆体 量增加，混凝土的保水性良好，减少了自由水在界面上聚 集，有利于浆集料界面的改善。一部分研究人员认为” ， 石粉增强了混凝土的密实性，改善了混凝土的空隙结构， 且由于石屑表面粗糙，带有尖锐棱角使得集料与浆体的黏 结力得到增强，也有利于界面的改善。 ( 3 ) 耐久性能 在混凝土的抗渗性方面，研究学者 普遍认为，由于 石屑中含有一定量的石粉微粒，使得石屑混凝土具有很好 的保水性，易于振捣成型，黏聚性强，和易性好。石粉微 粒填实了混凝土中的孔隙，增强了水泥与集料间的密实性， 从而可大幅提高混凝土的抗渗性能。关于石屑对混凝土其 他耐久性影响的试验研究，目前进行得较少，试验结果也 不太一致。 3 ． 2石屑应用于混凝土中应注意的问题 石屑的性能与河道中砂还是有一定差别，导致石屑混 凝土性能与普通混凝土不同，在实际运用中，需注意一些 问题： 石屑混凝土棱角较多，表面粗糙，颗粒级配劣于河 砂，在使用时应注意级配的调整，或将河砂与不同石屑混 合使用；由于石屑混凝土需水量偏大且坍落度经时损失较 大，所以在配合比设计中合理应用外加剂，以改善石屑混 凝土的和易性；石屑混凝土的石粉含量、砂率对石屑混凝 土的干缩性能影响比较大，尤其早期干缩值大，并且石粉 含量及作用机理的研究尚未完善，因此宜适当控制石粉含 量， 并加强早期湿水养护；有些石屑中含有石英，所以应 用之前，需对其进行碱一 集料反应测试，以防止混凝土产 生碱集料破坏。 3 ． 3石屑混凝土技术进一步研究的方向 ( I ) 统一石屑应用标准和规范。由于石屑的来源不同， 各种石屑性能相差较大。从而导致不同研究者对同一问题 存在分歧，也为应用带来了困难，因此，有必要制定一套 统一的石屑应用标准和规范。 ( 2 ) 加强微观机理分析。机理分析是石屑混凝土研究 的一项重点，同时也是难点，目前研究还不够深入，且研 究结果存在分歧。 ( 3 ) 加强对石粉含量及活性的研究。对于石粉的活性 认识以及石粉的适宜含量问题，目前存在较大的争议，需 做进一步的试验研究。 ( 4) 开展石屑混凝土的耐久性研究。石屑混凝土的耐 久性方面，目前研究较少。随着对建筑物耐久寿命的逐步 重视，应加强这一方面的工作，以便能促进其应用。 4 结 论 ( I ) 石屑是采石场加工碎石时产生的尾料，是一种典 型的废弃物。石屑的化学成分与母岩相同，粒径一般 < 5 m m，通常含有一定数量的石粉。石屑的颗粒特性与普 通河道中砂有一定相似之处。 ( 2 ) 石屑在混凝土的利用技术研究处于起步阶段，石 屑混凝土微观机理、石粉含量及活性、耐久性等方面研究 尚不深入，且目前还未有石屑应用标准规范。因此，需进 一 步加大这些方面技术研究。 参考文献 [ 1 ] H．Do n z a ， O ． C a b r e r a ， E ． F ． I r a s s a r ． H i g h - S t r e n g t h C o n c r e t e w i t h Di f f e r e n t F i n e Ag g r e g a t e ．C e me n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ． 【 J 】 -2 0 0 2 ， ( 3 2 ) ： 1 7 7 5 ~ 1 7 6 1 【 2 】 黄春文． 石屑混凝土试验研究． 福建建材 [ J ] ． 2 0 0 7 ( 4 ) ：3 ． 4 ， 【 3 】 安文汉． 石屑混凝土强度及微观结构实验研究 [ J 】 ． 山西建筑 ，1 9 8 9 ，( 2 ) ： 1 9 — 2 6 ． [ 4 】 胡海林，梁松，杨医博，等． 石屑混凝土的研究与应用 [ J 】 ． 广东建材， 2 0 0 5 ， ( 5 ) ： 2 8 - 3 0 ． 【 5 】 李建， 张松洪等． 石屑代砂混凝土在站房改造中的实际应用． 铁道建筑 [ J 】 2 0 0 1 ， ( 3 ) ： 3 7 — 3 9 ． 收稿 日期： 2 0 1 0年 6月 2 1日 6 ／ 2 0 1 0 粉煤灰 4 3