石屑石粉在水泥混凝土中的應用
2021-07-21
制造水泥高耗能，粉煤灰質量不易控制，河砂資源日益匱乏，而采石行業石屑尾礦無法處理，不只浪費資源而且污染環境。但將石粉與石屑分離也是需要大量人力物力的。筆者通過一些室內試驗，來分析不進行篩分情況下石粉在混凝土中的應用。
石屑石粉在水泥混凝土中的應用
0 引言
隨著工程建設項目的增多、體量增大，對水泥混凝土的使用越來越大，對混凝土的原材料需求也越來越大。而現在石粉石屑的用途主要用于公路路基的級配碎石、路面的瀝青混凝土、水泥空心磚等行業，用量較少。而實際碎石開采過程中的大量石粉都被水泥沖走、掩埋覆蓋，若能使普通石屑石粉用于水泥混凝土，則可解決上述問題。本文主要對0.15~4.75mm的機制砂和粒徑小于0.075mm的石粉的混合料進行探討。
1 試驗用原材料
①水泥：江門海螺水泥有限公司，P.O42.5；②粉煤灰：神華廣東國華粵電臺山發電廠有限公司，F 類C50以下級；③細骨料：肇慶西江河砂，細度模數 MX=2.5；④粗骨料：江門大澤白水帶采石場，碎石由5～10mm、10～20 mm、16～31.5mm碎石按 20%：50%：30%比例混合而成，為5～31.5mm 連續級配，含泥量0.4%；⑤外加劑：安徽中鐵工程材料科技有限公司，RAWY101聚羧酸高性能減水劑；⑥水：廣東江門新會，飲用水；⑦石屑石粉：江門大澤白水帶，其顆粒級配見表1。
2 試驗方案
①研究在相同的標準條件下，過0.9mm 的石屑石粉分別以0%、5%、10%、15%、20%替代等量水泥，考察不同的石粉替代率下水泥膠砂的流動性和力學性能，以找到合適的石粉替代水泥用量。②研究過 2.36mm 的石屑石粉與水泥相比，對高性能減水劑的減水劑影響。石粉摻量按5%、10%、15%遞增來等量替代水泥，進行拌合物性能試驗，比較減水率和28d抗壓強度比的變化。③通過試驗，找出合適的石粉石屑摻量進行配合比設計，考察石屑石粉摻入后，混凝土的工作性能和力學性能、耐久性，以評價石屑石粉在混凝土中應用的可行性。
表1 石屑石粉顆粒級配
石屑石粉顆粒級配
備注：0.080mm、0.045mm 通過率采用篩分的篩底經負壓篩析換算得到。
表2 石粉替代水泥膠砂試驗配合比
石粉替代水泥膠砂試驗配合比
備注：石粉為石屑石粉采用0.9mm 篩篩分得到。
3 試驗過程及數據處理
①依據 GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢》、GB/T2419-2005《水泥膠砂流動度測定方所示的水泥膠砂配合比，以此進行水泥膠砂檢測、膠砂試件成型、養護及 28d 抗壓強度試驗。
由表3 可見，在石粉摻入量為5%時，流動度、強度變化較小，當石粉摻入量大于10%時，膠砂流動度及強度衰減快。因此石粉的摻入量不宜超過5%。過多的石粉石屑會增加骨料間的摩擦，降低膠砂流動性。同時水泥的膠結作用也會降低，畢竟石粉的活性較低。
表3 石粉替代水泥對水泥膠砂流動度
石粉替代水泥對水泥膠砂流動度
②石粉替代水泥對混凝土減水劑的影響。石粉的空隙較多，所以其吸附性也較大，必然會吸附減水劑作用分子。當混凝土中摻入一定量的石粉之后，就會造成減水劑的減水率變化。本次試驗依據 GB/T8076-2008《混凝土外加劑》，基準混凝土和受檢混凝土的坍落度按200±10mm 執行，具體配合比及試驗結果如表4。由表4 可見，單純采用石粉替代水泥，并不會造成減水劑的減水率降低。主要因為水泥顆粒也是經磨碎的，表面粗糙且存在一定的吸附性，相對來說，石粉的吸附性還是要比水泥低。由于石粉的吸附性較低，因此隨著石粉摻量的增加，減水劑的減水效果還會有所提高。在抗壓強度比分析中，低摻量的石屑石粉對抗壓強度影響較小，摻量超過10%時，抗壓強度下降明顯，同時混凝土保水性會有所降低，泌水增加。
③石屑石粉配合比設計及性能。通過對摻石屑石粉的膠砂和混凝土試驗，基本能確定石粉石屑的較佳摻量為5%，利用這一摻量設計C30混凝土配合比，將其與無石屑石粉的混凝土配合比進行對比力學性能、工作性能、耐久性能，以評價石屑石粉用于混凝土的適用性。普通C30混凝土及摻石屑石粉配合比如表5。
表4 石屑石粉替代水泥對減水劑的影響
石屑石粉替代水泥對減水劑的影響
備注：石屑石粉經2.36mm篩過篩得到。
表5 石屑石粉用于水泥混凝土的配合比
石屑石粉用于水泥混凝土的配合比
對以上配合比進行主要拌合物性能、力學性能和耐久性能試驗，其檢測結果如表6。
表6 摻石屑石粉混凝土的性能
摻石屑石粉混凝土的性能
由表 6 可見，對摻加石屑石粉的混凝土進行合理的配合比設計，能在保證混凝土施工性能、力學性能、耐久性能的情況下，節約成本，合理利用廢棄資源。
4 結論
①進行合理的配合比設計，石屑石粉也能作為一種摻和料，應用于水泥混凝土中。
②碎石中的石屑石粉，其組份和本文所述石屑石粉類似。因此，只要在配合比設計，合理考慮石屑石粉的各種變化，設計不同石屑石粉含量下的配合比，就能在不進行水洗區分的情況下將其應用到水泥混凝土中。但配合比設計是應當將石屑石粉當膠凝材料考慮，進行減水劑的計算。
③在實際施工時應嚴格檢測碎石中的石屑石粉含量，根據檢測結果選用不同的配合比施工。這樣既能保證施工質量，亦可節約資源，節省成本。
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