资源节约型骨料在混凝土中的应用技术研究.pdf

第 3 3卷第 1 l 期 Vo l - 3 3 No I l 建筑施工 B U I L D I N G C O N S T R U C T I O N 资源节约型 骨料在 混凝 土 中的 应 用技术研 究 Te c hn0 l 0 c a l S t u dy o n Ap pl i c a t i o n o f Re s o ur c e - Co ns e r v i ng Ag g r e g a t e t o Co nc r e t e 口 陈建大 吴德龙 嵇晓华 ( 上海建工材料工程有限公司 2 0 0 0 0 2 ) 【 摘 要】 机制砂和特细砂都是资源节约型骨料： 机制砂是石矿厂的副产品之一， 也是规范允许使用但其应用范围没有被完 全拓展开的资源；特细砂资源较为丰富且价格较低 ， 却是被禁止使用的天然砂。通过深入的技术研究，采取多项混凝土应用技 术，包括外加剂技术， 机制砂、特细砂和天然中 砂等的复配技术等，解决了混凝土搅拌站 实际生产时带来混凝土质量的不稳 定、强度保证率低等问题， 使得机制砂和特细砂等” 不合格资源 ” 能被较好地利用。 【 关键词 】机制砂 特细砂 预拌混凝土 配制技术 【 中围分类号】 T U 7 5 5 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) l 1 - 1 0 1 1 - 0 3 随着经济的不断发展， 我国建筑业发展飞速， 混凝土的 需求量突飞猛进。在这个大好形势下， 预拌混凝土搅拌站越 来越大。目前， 如北京、 上海这类大城市， 预拌混凝土搅拌站 数目高达几百家。据初步统计， 2 0 0 9 年的预拌混凝土销售总 量达 7 9 X i 0 m 3 。 面对如此高的混凝土销量， 预拌混凝土搅 拌站的原材料来源越来越紧j 长 日 。 细集料是生产混凝土最重要的原材料之一。上世纪 9 O 年代初 ， 优质河砂可谓“ 遍地都是 ” ， 大多数天然中粗砂是从 江西赣江船运到上海黄浦江上中转的， 如今大城市周边的优 质河砂几乎无处可找。再加上近年来我国环保意识的加强， 部分地区天然砂的开采受到政府限制， 因此价格猛涨 ， 这无 疑增加了混凝土的成本。 目前一大部分预拌混凝土搅拌站所 用的河砂不但价格昂贵， 而且存在细度模数偏小、 含泥量大、 豆石含量高等缺点，给预拌混凝土的配制带来较大难度， 混 凝土质量也难以得到保证。于是机制砂、 特细砂单独作为混 凝土的细骨料慢慢进入混凝土技术研究人员的视野， 以机制 砂、 特细砂逐渐替代天然砂。 但这么多年以来， 机制砂或石屑 的国家标准迟迟没有出台， 这对其在预拌混凝土搅拌站的普 及应用起到了限制作用。而特细砂资源较为丰富且价格较 低 ， 却是被禁止使用的天然砂。这些因素进一步地加剧了市 场对天然中砂等稀有资源的开采和使用力度 ， 更大程度化破 坏了环境圆 。 本文借着预拌混凝土界一部分权威人士最新提出的“ 使 用 不合格 的原材料生产出合格的混凝土” 的设想， 通过深 【 作者简介】 陈建大( 1 9 8 2 一 ) ， 男， 硕士， 工程师。联系地址： 上 海市江西中 路 4 0 6 号 4 楼( 2 0 0 0 3 7 o 【 收稿日 期】 2 0 1 1 - l 1 0 6 入的混凝土技术研究， 探讨机制砂和特细砂在预拌混凝土中 的应用。 希望能以此解决混凝土搅拌站实际大生产所带来混 凝土质量的不稳定、 强度保证率低等问题， 使得机制砂和特 细砂等“ 不合格资源” 能被较好的应用， 让混凝土建筑材料向 于环境友好型材料发展。这些技术对降低成本、 提高质量以 及资源的综合利用都有着积极的意义， 也紧跟且符合国家提 出的节能环保政策。 1 试验原材料 试验所用的原材料为： ( 1 ) 水泥采用 P 0 4 2 5普通硅酸盐 水泥 ， 水泥的物理性能指标应符合国家标准 ( G B 厂 r 1 8 0 4 6 - 2 0 0 8 ) 的要求： ( 3 ) 粉煤灰采用 I I 级灰， 并按现行 ( G B 厂 r 1 5 9 6 - 2 0 0 5 ) 进行验收 ； ( 4)黄砂选用特细砂、天然中砂和机制砂等 ； ( 5 )石子采用 5 ll l n l- 2 5 m il l 碎石。其性能指标符合 ( J G J 5 2 2 0 0 6 ) 的要求； ( 6 ) 外加剂选 用萘系中效减水剂 Z X 3 0 0 与 L N 8 0 0 ，以及改性的聚羧酸系减 水剂 ，其质量符合现行国家标准 混凝土外加剂 ( G B 8 0 7 6 - 2 0 0 8 ) 和 聚羧酸系高性能减水剂 ( J G 2 2 3 2 0 0 7 ) 的 规定。 2 混凝土应用技术与讨论 2 1 机制砂和特细砂配制混凝土 通过一定细度模数的机制砂改性特细砂， 进行相应的混 1 0 1 1 第 1 1期 陈建大、 吴德龙、 嵇晓华 ： 资源节约型骨料在混凝土中的应用技术研究 1 1 ， 2 0 1 1 凝土试验。测试对应的混凝土性能， 并对比分析。 ( 1 )特细砂与机制砂以 4： 6复配成混合中砂 ： 将细度 模数为 1 1 的特细砂与细度模数为 3 4 的机制砂按约 4： 6 比例复合， 复配出细度模数为 2 5的混合中砂( 图 1 ) ， 再配 制出对应的混凝土( 表 1 ) 。 l 0 o 略 0 ： = = 一 ，- - ， l 0 47 5 2 3 6 I 1 8 O -6 nl 5 方孔筛边长 m m 图 1 特细砂与机制砂以4： 6 复配成混合中砂 表 1 特细砂与机制砂以 4： 6 复配成混合中砂的混凝土配比 原材料 水 水泥 矿粉 粉煤灰 细砂 机 制砂 石子 外加 荆 规格 自来水 P 04 2 5 $ 9 5 I I 级 1 1 3 4 5 2 5 Z X 3 0 0 C3 0配 比 1 8 5 2 0 0 1 O O 4 0 3 3 0 4 9 0 1 0 2 0 3 9 0 根据表 1的混凝土配比对应的混凝土性能，结合当时 的温度 1 6。 c 和湿度 7 4 ， 检测混凝土的凝结时间、 强度等性 能( 表 2 ) 。 表 2 特细砂与机制砂以4： 6 复配成混合中砂的混凝土性能 混凝土 坍落度 凝结时间 h 强度 MP a 强度等级 n 1 m 初凝I终凝 7 d l 2 8 d l C 3 O 1 7 0 1 9 I 2 3 1 8 2 J 3 1 9 由表 2 可知特细砂与机制砂以 4： 6复配成混合中砂 的混凝土流动性好， 凝结时间稍长， 但也能满足工程需要。 并 且， 7 d早期强度为 l 8 2 M P o ， 达到设计强度的 6 1 ， 2 8 d标 养强度值为 3 1 9 M P a ( 1 0 6 ) 。该混凝土强度虽不高， 但是通 过机制砂和特细砂按一定比例混合 ， 还是能够满足混凝实际 应用所需。 ( 2 )特细砂与机制砂以 5： 5复配成混合中砂 ： 将细度 模数为 1 5的特细砂与细度模数为 3 5的机制砂按约 5： 5 比例复合， 复配出细度模数为 2 5 的混合中砂( 图 2 ) ， 再配制 出对应的混凝土( 表 3) 。 + 特细砂 ； - 机翩砂 混台【 5 渤 l u * 区上骰 堕 g 更 琨! 图2 特细砂与机制砂以5： 5 复配成混合中砂 表 3 特细砂与机制砂以 5： 5 复配成混合中砂的混凝土配比 原材料 水 水 泥 l矿粉 粉煤灰 细砂 机制砂 石 子 外加剂 规格 自来水 P 04 2 5 I S 9 5 I I 级 1 5 3 5 5 2 5 Z X3 0 0 C3 O配 比 1 8 5 2 o 0 l 1 0 0 4 0 41 0 4 1 0 0 2 0 3 9 0 1 01 2 类似地， 根据表 3的混凝土配比， 对应的凝土性能见表 4所示。 表 4 特细砂与机制砂以5： 5 复配成混合中砂的混凝土性能 混凝土 坍落度 凝 结时间 h 强度 MP a 强度等级 I T 】 m 初凝 I终凝 7 d I 2 8 d C3 O 1 7 0 1 5 5 I 2 O 1 5 9 【2 9 8 由表 4可知， 特细砂与机制砂以 5： 5复配成混合中砂 的混凝土性能与特细砂与机制砂以5： 5 复配成混合中砂的 C 3 0混凝土性能 ，与特细砂与机制砂以4： 6复配成混合中 砂对应的混凝土性能非常接近。但两者还是存在一定的差 异 ， 特细砂掺量少一些有利于混凝土强度的发展。 2 2 天然砂和特细砂配制混凝土 当前 ， 细度模数为 2 6 3 0的天然中砂应用于 C 2 0 - C 4 0 时， 混凝土拌合物总体和易性并不理想。 然而， 从实际的砂资 源情况来看 ，细度模数在 2 3 - 2 5 的天然 中砂资源越发稀 缺 ， 同时细度模数在 1 6 2 2的天然细砂资源也变得越发紧 张。为了更好地保证混凝土强度以及耐久性等性能， 同时又 满足工程应用要求， 我们在利用天然中砂( 特别是细度模数 为 2 6 - 3 0) 与特细砂的复配来做一些试验 ， 通过细度模数较 大的天然中砂和特细砂复配成天然混合中砂 用于配制 C 2 5 和 C 3 5的混凝土。 特细砂细度模数为 1 0 1 2 ，天然中砂 的细度模数为 2 6 2 8之间， 我们按 2： 8或者 3： 7比例混合 ， 复配出出细 度模数为 2 3 - 2 5的天然混合中砂。 ( 1 )特细砂与天然中砂以 3： 7复配成天然混合中砂 ： 细度模数为 1 3的特细砂与细度模数为 2 - 8的天然中砂以 3 ： 7 混合成细度模数为 2 4的天然混合中砂 ， I I 区除方子 L 筛 边长为 4 7 5 m m和 0 6 m m的累计筛余外，其余方孔筛边长 的累计筛余总超出量不超过 5 名 ( 图3 ) 。 + 特细砂 ： 一中砂 混合【3 ：7 】 一 一 区上限 H 甄下服 图 3 特 细砂 与天然中砂 以 3： 7复配成天然混合 中砂 ( 2 ) 特细砂与天然中砂以 2： 8 复配成天然混合中砂： 细度模数为 1 1 的特细砂与细度模数为 2 6 的天然中砂 以 2： 8 混合成细度模数为 2 3 的天然混合中砂， 区除方孔筛 边长为 4 7 5 m m 和 0 6 m m的累计筛余外，其余方孔筛边长 的累计筛余总超出量不超过 5 ( 图 4 ) 。 针对上述两种情况， 我们用特细砂和天然中砂按一定比 例混合成天然混合中砂 ，进行相应的混凝土的生产试验， 主 要收集了C 2 5 和 C 3 5 强度等级的混凝土工作性和强度等性。 1 1 2 0 1 1 陈建大、 吴德龙、 嵇晓华 ： 资源节约型骨料在混凝土中的应用技术研究 第 1 1 期 方孔筛边长 图4 特细砂与天然中 砂以2： 8 复配成天然混合中砂 在坍落度设计范围内， 这两个标号的混凝土强度存在一定的 差异 ( 表 5 ) 。 表 5 天然中砂和特细砂复配的混凝土的 2 8 d强度统计分析 l P a 强度等级 C 2 5 C 3 5 组数 3 9 最大值 3 3 2 5 1 2 最小值 2 6 2 3 6 1 平均值 3 0 3 4 3 9 标 准差 3 6 4 8 从表 5可知， 不同细度模数的黄砂 ， 以不同比例复配而 成的混合中砂配制 C 2 5 和 C 3 5时， 对应的混凝土工作性和强 度等满足工程要求， 但其强度存在较大波动。 因此， 从应用的 层面来说， 特细砂经过天然中砂改性用于现有混凝土配比生 产 ， 是可以满足设计要求的， 只是在混凝土的生产稳定性方 面还需深入 研究。 2 3 改性外加剂配制特细混合砂混凝土 以特细砂特性和机制砂混凝土特性为研究基础 ， 利用各 自的优点 ， 弥补各 自的缺陷， 以及在上述特细砂与机制砂的 优化复配的基础上， 再借助于高性能外加剂的优势来进一步 的改性混合中砂 ， 配制出不同标号的混凝土。改性高性能外 加剂是一种聚羧酸系外加剂， 其在减水性、 保坍性和增粘性 等综合性能较好。 通过该种外加剂来改性混合中砂的混凝土 性能。 我们以混凝土市场上占份额较大的混凝土品种 C 3 5 进 行试验 ， 并将细度模数为 1 4的特细砂与细度模数为 3 3的 机制砂按约 1 ： 1 比例复合 ， 复配出细度模数为 2 4的混合 中砂， 与细度模数为 2 4的天然中砂一起配出对应的混凝土 ( 表 6 ) ， 再进行两者混凝土性能的对比( 表 7 ) 。 表 6 C 3 5 特细混合砂与天然中砂的混凝土配比 k g 原材料 水 水泥 矿粉 粉煤灰 特细砂 机制砂 中砂 碎石 外加剂 规格 自来水 P O4 2 5 S 9 5 I I 级 1 4 3 3 2 4 5 2 5 配 比 1 1 7 0 21 0 1 0 0 4 0 4 2 0 4 6 0 O 9 6 0 5 2 5 配 比 2 1 6 2 2 1 0 1 0 0 4 0 0 0 8 8 0 9 6 0 4 5 5 表 7 C 3 5 混合中砂与天然中砂的混凝土性能对比 原材料 规格 配比 1 配 比 2 外加剂 掺量 1 5 0 1 3 O 拌舍物 状态 包裹性较好 包裹性较好 倒锥时间 s 2 2 性能 T5 0 0 5 坍落度 初始 2 2 0 2 2 0 r n l T l 1 h 1 9 O 1 9 0 扩展 度 初始 6 0 0 5 1 5 h 1 h 4 3 0 4 3 0 混 凝 土 3 d 1 58 1 5 4 强度 1 2 d 3 4 3 3 4 4 M Pa 28 d 4 05 3 9 6 土。从混凝土的拌合物性能来看， 混合中砂混凝土与天然中 砂混凝土倒锥时间差不多， 坍落度损失也几乎一样， 只是扩 展度损失存在一定的区别。 天然中砂配制的混凝土稳定性更 好， 但是混合中砂配制的混凝土的坍落度损失和扩展度损失 也都是能够满足工程要求。 另外 ， 从混凝土的力学性能来看， 两种中砂配制出的混凝土强度相差不大 ， 这主要是由于混合 中砂本身具有适量的石粉含量， 有助于增强作用， 所以即使 混凝土的单位用水量增加了一些， 但是在提高外加剂掺量的 基础上保持相同坍落度 ， 减少单方用水量的增加量， 致使混 凝土的强度保持基本一致。 3 结语 ( 1 ) 从机制砂改性特细砂对混凝土质量影响来看 ， 特细 砂与机制砂以 4： 6 复配和以 5： 5 复配成混合中砂的 C 3 0 混凝土工作性能够满足施工要求， 然而在混凝土的强度等性 能上存在一定的波动， 并且特细砂掺量少一些有利于混凝土 强度的发展。若需保证混凝土质量， 还需对配合比等方面进 行调整。 ( 2 ) 从应用的层面来说， 特细砂经过天然中砂改性用于 现有混凝土配比生产， 是可以满足设计要求的， 只是强度存 在较大波动。 因此在如何保证混凝土的生产稳定性方面还需 深入的研究。 ( 3 ) 在通过性能优异的改性外加剂用于改性混合中砂， 可以配制出各项性能较好的混凝土。 混合中砂混凝土与天然 中砂混凝土在工作性方面已达到相同层次。 总体而言， 天然中砂配制的混凝土稳定性更好， 但是不 同类型的混合中砂( 特细砂与机制砂复配或者与天然中砂复 配 ) 配制的混凝土在改性外加剂的作用下， 其坍落度及损失 也都是能较好地满足工程要求。另外， 从混凝土的力学性能 来看， 两种中砂配制出的混凝土强度相差不大。 参考 文献 由表 7 可知， 通过选择性能优异的外加剂， 调整混凝土 【 1 】 王岩， 史 春亮 ， 王薇 石屑在预拌混凝土中 的应用o 辽宁建 材， 2 0 0 9 外加剂的掺量和用水量 ， 可以配制出各项性能较好的混凝 ( 5 ) ： 5 - 1 7 1 01 3