石屑在混凝土生產中的應用實踐研究

張仲文

(惠東縣吉泰混凝土攪拌有限公司)

【關鍵字】石屑；機制砂；河砂；級配；替代率

1 前言

2018年河砂供應緊張，價格暴漲，公司采購惠陽東江河砂2018 年3 月份130 元/m3左右，到2018 年12月份300 元/m3，且質量波動大（細度模數、含泥量等指標不穩定），對混凝土的生產成本及質量控制造成很大影響。

為了尋找適合的河砂替代材料，加強混凝土質量與成本控制，公司有關技術人員通過大量的試驗研究工作，成功的將石屑取代部分河砂用于混凝土生產，所生產的混凝土的各項性能指標均符合相關國家標準的要求，有效的降低了公司的生產成本及穩定混凝土質量。

2 試驗

2.1 原材料

2.1.1 水泥與摻合料

惠州光大泥，P.O.42.5R，初凝時間136min，終凝時間 201min， 比 表 面 積 363m2/kg，3 天 抗 壓 強 度25.4MPa，3 天抗折強度5.5MPa，標準稠度用水量26.6%，28 天 抗 壓 強 度：48.5MPa，28 天 抗 折 強 度：7.9MPa。

惠東平海電廠F 類Ⅱ級粉煤灰，45μm 篩余21.7%，需水量比97%，活性指數77%。

2.1.2 碎石及砂

惠東稔山石場碎石，表觀密：2650Kg/m3，堆積密度1470Kg/m3，空隙率44.6%，壓碎值12.7%。

砂有機制砂、河砂、石屑1、石屑2，均取自本地。

2.1.3 外加劑

所用外加劑為深圳三綠科技有限公司萘系高效緩凝減水劑，固含量：31.0%，減水率22.5%，凈漿200mm，密度1.162g/ml，PH:9。

2.2 實驗方法

2.2.1 砂的性能分析

依據GB／T 14684—2011《建設用砂》的規定，對機制砂、河砂、石屑進行性能檢測分析。

2.2.2 混凝土性能分析

混凝土的工作性能依據GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》檢測，混凝土的3d、7d、28d 力學性能按照GB/T 50081—2016《普通混凝土力學性能試驗方法標準》檢測。

3 實驗結果分析及討論

3.1 石屑、機制砂、河砂工藝性能對比

石屑是本地采石場在開采加工過程中剩余的廢料，表面粗糙有棱角，機制砂是使用專用制砂設備以各種礦石為原料制備的，試驗所用河砂來自于惠州本地的東江區域。三種砂的工藝特性有一定差別也有一定相似之處，主要表現在如下幾方面：

⑴物理性能基本相似。從表1 可以看出，石屑1、石屑2、機制砂、河砂的堆積密度、表觀密度、空隙率三項主要物理性能指標基本相近，差異很小，從混凝土配制的角度而言，這四種砂用于配料不需要進行大的調整。

表1 石屑、機制砂、河砂物理性能對比

表2 石屑、機制砂、河砂顆粒級配對比

⑵顆粒級配差別較大。表2 是石屑1、石屑2、機制砂、河砂的顆粒級配分布，從表2 可以看出，四種砂的顆粒級配差別較大，河砂、機制砂顆粒級配有一定差別但均能滿足標準規定的II 類砂2 區級配標準，石屑1、石屑2 的顆粒級配均不能滿足建設用砂標準規定的顆粒級配標準，與河砂、機制砂相比較，石屑最為典型的特點是2.36mm 以上的粗顆粒偏多，本次實驗中采用的兩種石屑2.36mm 以上累積篩余均在40%以上，其整體顆粒級配較差，會對混凝土的性能造成一定的影響，具體影響需要通過混凝土性能實驗進一步的分析。

⑶顆粒形貌差別較大。從顆粒形貌來看，這四種砂的顆粒形貌差別較大，其中石屑1、石屑2、機制砂的顆粒形貌具有一定的相似性，多為不規則多邊形、棱角及斷面清晰，河砂顆粒較為規整，多為接近球形且圓潤，這與兩類砂的形成過程有關，河砂是自然風化而成，機制砂與石屑是原料經過機械破碎、篩分而成，顆粒形貌的差異一定程度也會影響混凝土的性能。

綜合上述分析可知，本試驗中所用石屑的基本物理性能與機制砂、河砂相似，但在級配方面有著較大的差別，石屑存在著粗顆粒偏多、級配不合理的問題，另外還考慮到不同石廠生產的石屑工藝性能差別很大，因此在使用過程中要進行大量配比試驗，確定石屑對于混凝土性能的影響程度以及較佳的摻入量，以保障生產的混凝土性能能夠符合標準要求。

3.2 屑對混凝土性能影響的研究

3.2.1 石屑對于混凝土工作性能的影響

為了更好的分析石屑對于混凝土工作性能的影響，使用了石屑1、石屑2、機制砂、河砂四種細集料配制了C30 混凝土，具體配比如表3 所示。

按照表3 的配比制備混凝土，測試塌落度、擴展度、初凝時間、終凝時間等工作性能指標，結果如表4 所示。

表3 不同細集料混凝土配比 （kg·m-3）

從表4 可以看出，使用石屑對于混凝土的工作性能有著不利影響，混凝土漿體的粘性加大、流動性變差，這與石屑的級配不良直接相關，其中又以石屑2 影響最為明顯，與使用機制砂和河砂的混凝土相比，初始塌落度、擴展度、1 小時后塌落度、1 小時后擴展度均有較大程度下降，使用石屑1 的混凝土工作性能好于石屑2，因此從工作性能方面來看宜使用石屑1。

3.2.2 石屑對于混凝土力學性能的影響

在表3 配比的基礎上，進行了不同細集料混凝土力學性能的試驗，結果如表5 所示。

從表5 可以看出，，使用石屑1、石屑2、機制砂三種細集料配制的混凝土3d 抗壓強度、7d 抗壓強度、28d 抗壓強度基本相當，但均低于使用河砂的混凝土，這與不同種類的砂的細度模數及顆粒級配有關，本試驗中的河砂為級配較好的中砂，石屑1、石屑2、機制砂為粗砂，導致混凝土的強度性能有所差別，但總體上仍然滿足國家標準對于C30 混凝土的性能要求。對比石屑1 與石屑2，使用石屑1 使用的混凝土強度略好于使用石屑2 配制的混凝土，從力學性能的角度宜選用石屑1。

表4 不同細集料種類混凝土的工作性能

表5 不同細集料種類混凝土的力學性能

表6 不同石屑替代比例混凝土配比 （kg·m-3）

表7 不同石屑替代比例混凝土的工作性能

表8 不同石屑替代比例混凝土的力學性能

3.3 石屑最佳摻量的研究

從前面分析可知使用石屑1 配制的混凝土具有較好的工作性能及力學性能，因此選用石屑1 作為細集料，進一步的分析其替代砂的較佳比例，為此設計石屑替代砂比例分別為0%、25%、50%、75%、100%的方案，具體配比如表6 所示。

按照6 的配比配制混凝土并測試其工作性能及力學性能，結果如表7 及表8 所示。

從表7、表8 可以看出，石屑替代比例為25%時，與只使用河砂的混凝土相比較，混凝土的工作性能與力學性能均得到了一定程度提高，這可能是由于二者的級配互補使得細集料的整體級配得到了優化，從而提高了混凝土的性能。基于此試驗結論，在生產過程中建議采用25%的石屑替代率，在保證混凝土質量穩定的同時，降低生產成本，取得較好的經濟效益。

4 結論

⑴惠州本地的兩種石屑，與常用的機制砂及河砂相比較，堆積密度、表觀密度、空隙率等物理性能指標相近，但在級配上差別較大，石屑的級配不符合《建筑用砂》中的顆粒級配要求，存在著粗顆粒偏多的問題。在顆粒形貌方面，石屑與機制砂有一定程度類似都是多邊形且粗糙，河砂顆粒多接近球形且光滑。

⑵石屑的使用對于混凝土的工作性能及力學性能均有著不利影響，使用石屑制備的混凝土相對于河砂混凝土有和易性較差及強度略低的特點，其中石屑1 對于混凝土性能的影響小于石屑2，在生產過程中宜優選石屑1 作為河砂替代材料。

⑶使用石屑1 替代部分河砂混凝土生產是可行的，最佳替代率為25%，在此替代率下，由于石屑與河砂之間存在的顆粒級配互補，使得混合砂混凝土的性能高于一般的河砂混凝土。

⑷不同采石場的石屑料性能差別較大，因此在使用過程中，為了保證混凝土質量的穩定性，在更換石屑來源時應提前做大量的試配工作，確定較佳的配合比方案。