石屑混凝土在核電工程中的應用研究

高奇　黃友芬　李偉　陳海波

摘要：為了減少天然砂日益短缺和石屑利用率低的問題，從原材料控制、配合比設計、性能檢測和實體應用等方面對石屑混凝土進行了研究。結果表明：一定量的石粉在混凝土拌合物中作為膠凝材料的補充，可改善混凝土的整體和易性，增強水泥與粗細骨料之間的粘結力和密實性，有利于界面的改善;石屑混凝土各項性能均符合設計及施工性能要求;石屑混凝土既可以減少生態破壞和環境污染，又可以降低資源浪費和生產成本，具有很好的經濟和社會效益。

關鍵詞：石屑;混凝土;核電

中圖分類號：TU528 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944 （2020） 2-0218-02

1 引言

JTG E42-2005《公路工程集料試驗規程》標準中明確規定：所謂石屑，是指采石場加工碎石時通過最小篩孔（通常為2. 36 mm或4.75 mm）的篩下部分[1]。眾所周知，天然砂是混凝土的重要組成部分，但由于長期開采造成天然砂資源枯竭，使得原有天然砂供應源源不斷的現象不復存在，建筑業的可持續發展與骨料短缺的矛盾日益突出[2]。

目前國內不使用機制砂，而使用河沙的核電站，占在建核電站的一半以上，在核電站石料廠生產碎石的過程中會產生大量的石屑廢料，而隨著工程的不斷進展，石料廠堆集的石屑越來越多，不僅占用大片的土地，還會帶來嚴重的環境污染[3]。

在目前能源短缺、環境污染、生態破壞等一系列問題每況愈下的條件下，石屑混凝土應運而生，給人們帶來了解決天然砂資源短缺問題的美好前景[3]。隨著天然砂短缺的形勢日益嚴峻，開展石屑代砂在混凝土中的研究與應用勢在必行，對我國核電站建設的可持續發展具有重大的現實意義。

2 試驗方法

2.1 原材料選擇

（1）水泥：P.0 42.5，28d平均抗壓強度49.9MPa，比表面積330 m2/kg。

（2）粉煤灰：F類I級，活性指數84. 0%，燒失量2.0%，需水量比92%。

（3）礦粉：S95級，活性指數97%，燒失量1.8%。

（4）砂：Ⅱ區中砂，細度模數2.9，含泥量2.5%，泥塊含量0. 8%，表觀密度2570 kg/m3。

（5）石屑：細度模數2.8，石粉含量9.6%，表觀密度2580 kg/m3。

（6）碎石：5- 16 mm、16～25 mm滿足相應粒徑的顆粒級配，兩者按3.5：6.5比例組成5～25 mm連續級配。

（7）外加劑：減水劑為聚羧酸系高性能減水劑，減水率28. 7%，28 d抗壓強度比133%;引氣劑減水率7.0%，28 d抗壓強度比106%。

（8）拌合用水：淡水，氯離子含量122 mg/L，堿含量56mg/L，28d抗壓強度比99%。

注：各原材料除以上列出的性能要求外，其他未注明的性能應符合相應國家標準或者行業標準的要求。

2.2 配合比設計及優化

基于前期研究結果可知：水泥替代比例為40%～50%，粉煤灰：礦粉—5：4時，為最優復合摻合料配比，本項目選擇粉煤灰摻量25%、礦粉摻量20%，在此基礎上以C30混凝土配合比為例進行研究。

依據JGJ 55進行配合比設計，對計算出的理論配合比，固定其他原材料用量，單獨調整石屑代砂比例，并依據GB/T 50080的相關規定對拌合物進行坍落度、表觀密度、含氣量等檢測，觀察拌合物和易性狀態并成型抗壓試塊。試驗結果見表1和圖1。

綜合表l和圖1可以看出，混凝土拌合物的流動性隨著石屑取代量的提高而降低，當石屑在取代量小于50%時，拌合物均具有較好的流動性，而粘聚性和保水性也良好;超過50%，坍落度降低過大，同時混凝土拌合物也易出現離析、泌水的現象，60%時低于坍落度要求的下限值140 mm。所以本試驗條件下，石屑代砂比例宜控制在50%以內。

從表1可以看出，隨著石屑代砂比例的提高，混凝土的抗壓強度隨之增高，但增幅不大，7 d強度提高9.0%，28 d的強度提高9.1%，富余系數不大。

本課題選取40%為石屑代砂最佳比例。對初步確定的膠凝材料用量和組成、砂率、外加劑摻量等進行適當調整，最終確定石屑混凝土基準配合比，配合比信息及用量見表2。

3 石屑混凝土性能檢測及結果分析

依據GB/T 50080的相關規定對混凝土拌合物進行坍落度、表觀密度、含氣量等檢測，觀察混凝土和易性情況，成型抗壓強度、劈裂抗拉、抗滲、抗凍、收縮等試件，依據GB/T 50081及GB/T 50082進行檢測。主要試驗結果見表3。

3.1 拌合物性能

石屑表面比較粗糙，棱角也比較多，相互間的摩擦力比較大，流動性與普通混凝土相比較差;而且石屑中含有一定量的石粉，能夠吸收水分，石粉過多時會導致流動度降低，因此需要控制石粉含量并調整外加劑摻量來改善拌合物流動性。但一定量的石粉可以在拌合物中做為膠凝材料的補充，提高混凝土的保水性和粘聚性，改善了混凝土的整體和易性。

3.2 力學性能

石屑混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度均有所提高。由于石屑中一定量的粒徑小于0. 16 mm的石粉能夠做為膠凝材料，降低了實際水膠比;另外由于石屑表面比較粗糙，棱角也較多，膠凝材料與粗細骨料之間的粘結力也相應增強，有利于界面的改善。

3.3 長期性能和耐久性能

石屑混凝土的抗滲性能、抗凍性能有不同程度提高，收縮性能基本一致。由于石粉微粒填充了混凝土中的孔隙，增強了水泥與粗細骨料之間的密實性[4]，優化了混凝土的內部結構[5]。

綜上所述，使用石屑按照比例替代一定量的天然砂，配制出的混凝土拌合物性能、力學性能、長期性能和耐久性能符合設計及施工要求。

4 石屑混凝土在工程中的應用

4.1 混凝土澆筑

混凝土到達現場后首先進行混凝土拌合物性能檢測，混凝土坍落度、含氣量指標符合要求后在開始進行混凝土澆筑。每層混凝土澆筑高度控制在400～500mm，澆筑時的最大自由落下高度宜在5m以下，水平流動距離最大不宜超過7m。采用石屑混凝土，澆筑時應注意填充到鋼筋、埋設物周圍及模板內各個角落。

4.2 混凝土養護

石屑混凝土采用保溫保濕的養護方法，整個養護過程中保持混凝土面一直處于濕潤狀態，對混凝土表面采用定時補水。具體混凝土養護流程：混凝土壓面——覆蓋1層土工布——覆蓋2層塑料薄膜——搭設養護棚架體——覆蓋1層保溫巖棉——覆蓋2層土工布——覆蓋1層塑料薄膜——掛設并加固防雨油布。

石屑混凝土做為回填}昆凝土應用于某核電工程核島和常規島之間部位回填，共計澆筑2000余m3。混凝土澆筑過程中施工性能良好，無泌水和離析現象;拆模后混凝土外觀質量良好，無有害裂縫和有害氣泡產生。

5 結論

（1） 一定量的石粉可以在拌合物中作為膠凝材料的補充，改善了混凝土的整體和易性，增強了水泥與粗細骨料之間的粘結力和密實性，有利于界面的改善。

（2）使用石屑按照比例替代一定量的天然砂，配制出的混凝土各項性能符合設計及施工要求，在技術上是可行的。

（3）相對于天然砂，石屑資源豐富、質量相對穩定、經濟性也好，石屑混凝土既可以減少因挖取天然砂引發的生態破壞和環境污染，又可以減少石屑堆積占地問題和資源浪費，還可以降低混凝土生產成本，具有很好的經濟和社會效益。

參考文獻：

[1]交通部公路科學研究所.JTG E42- 2005公路工程集料試驗規程[S].北京：中華人民共和國交通部，2005.

[2]劉數華，冷發光.再生混凝土技術[M].北京：中國建材工業出版社，2007.

[3]羅永會，高振國，金樹新.石屑用于普通混凝土的可行性研究[J].建筑技術，2004（1）：39-40.

[4]胡海琳，粱松，范慶新.石屑混凝土的研究與應用[J].水泥與混凝土，2005（5）：28—30.

[5]吳樹敏，楊醫博，彭怡欣，等.石屑混凝土研究進展[J].建筑技術，2010，41（1）：67-70.

作者簡介：高奇（1989-）.女，碩士，工程師，主要從事建筑材料檢測工作。