人工砂石集料在混凝土及砂浆中的应用
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摘要：近几年来,随着我国建筑行业的快速发展,对砂、石的需求量迅猛增长。在一些地区有大量的石材资源,在开采石料的过程中,会产生大量直径不等的颗粒状废弃物造成一定程度的环境污染,如何变废为宝、充分利用这些废弃物是当地政府及各个采石场面临的一个亟待解决的重要问题,利用尾矿制造人工砂、石,为解决该难题提供了一个新选择。本文对此进行了以下的探讨。
关于人工砂石集料在混凝土及砂浆中的应用国内学者已开展了一些试验研究。鉴于不同地区石材来源及加工工艺的差异性,结合地区的具体情况,为了进一步推广和促进人工砂、石在该地区的应用,开展了相关的试验研究。
一、人工集料基本性能试验研究
本文针对利用花岗岩、玄武岩和白砂岩的尾矿生产的人工砂、石的基本性能进行了试验研究。试验依据为JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准。试验结果见表1。
在试验过程中发现人工砂、石粒呈不规则多边形,表面较粗糙且棱角尖锐明显。通过比较表1中数据与JGJ52-2006普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准的要求发现,利用三种不同种类尾矿所制的人工砂、石尽管有些指标不合理,如级配,但其物理、化学指标均能满足现行规范要求,并且有些性能指标高于规范要求。
二、人工集料混凝土性能试验研究
1.原材料及试验设备
水泥:32.5级复合硅酸盐水泥;天然砂:中砂,细度模数为2.8,含泥量为2.2%,堆积密度为1520kg/m3;石子:最大粒径为20的连续级配,质地优良,容重为1480kg/m3。
试验所用主要设备有YE-2000型压力试验机和D-4型低温试验箱。
2.混凝土配合比设计依据
JGJ55-2000普通混凝土配合比设计规程。
3.试验依据
GB/T50081-2002普通混凝土力学性能试验方法标准;
GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准。
为了研究不同种类集料对混凝土性能的影响,分别利用天然砂石及本文所述的三种人工集料配制花岗岩混凝土、玄武岩混凝土和白砂岩混凝土。四种混凝土的设计强度等级均为C35。试件标准养护(温度20℃±2℃,相对湿度95%以上)28d后,按照国家标准分别对其立方体抗压强度和耐久性的主要指标抗冻性进行了试验研究。此外,对四种新拌混凝土的坍落度也进行了测定以比较其和易性。试验结果见表2。
三、试验结果分析
结果表明三种人工集料所对应的母材抗压强度均较高,但其对应的碎石压碎指标均较低,这是由于碎石的粒形较差,针片状颗粒含量较高所导致。人工集料中尽管有的级配稍差,人工砂中含有较高的石粉含量,但这些不利因素并没有严重降低混凝土的强度。在拌制混凝土时发现石粉含量的高低对新拌混凝土的和易性有显著影响,三种人工集料的混凝土坍落度均小于天然集料的混凝土,人工砂中石粉含量越高坍落度降低的越明显。这是由于同等质量的石粉与砂相比具有更大的比表面积,能够吸收更多的水分,从而减少了自由水的数量。与天然集料混凝土相比,三种人工集料混凝土具有更高的抗压强度和更好的抗冻性。这是由于人工砂、石的表面比较粗糙且干净,有利于提高集料与水泥石之间的粘结力和机械咬合力,此外,在水泥石中石粉的存在能起到一定的微细填充作用,改善了“次中心质区过渡层的结构”,从而减少和阻断了可能形成的渗水通道。
人工砂与天然砂最明显的区别之一是人工砂中含有一定量的石粉。尽管石粉的细度与泥土相似,但其化学成分与泥土的截然不同,所以对混凝土性能的影响也不相同。泥土对混凝土性能有负面影响,必须严格限制其含量,而石粉的含量在一定范围内时对混凝土的性能是有一定益处的,故对其含量可以适当放宽限制。
四、结论及建议
1)天然砂、石资源的日趋缺乏与其需求量急剧增加之间的矛盾愈发显著,人工砂、石为解决该问题提供了一个新的选择;2)总体上,利用废弃石材生产的人工集料可以满足工程要求,可以通过改进生产工艺或进行人工级配的方法来进一步提高其性能;3)生产人工砂、石可以使大量的尾矿资源得到利用,既可缓解砂石资源不足的问题,也符合环保利废、可持续发展的国策;4)目前国内有些地区已大量利用矿山的尾矿作为人工集料的来源之一,地区应加大推广人工集料利用的力度。
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