以0～5石为主要粗骨料的高强混凝土应用研究

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摘要：通过开展以颗粒粒径在0～5 mm的碎石（注：以下均简称“0～5石”）为主要粗骨料的高强混凝土应用试验来扩宽高强混凝土原材料的来源渠道，减少矿山开采后尾料处理难的环保问题。在原有高强混凝土碎石使用前提下，将0～5石使用量提高至碎石总量的50 %以上，其余以颗粒粒径主要在10～20 mm范围的碎石（注：以下均简称为“1～2石”）搭配，试验表明：其相应检测指标可满足标准要求及现代生产的需要，可降低单位混凝土成本，且由于其粒径较小，制作劳动强度较之前有明显降低，也间接提高了生产效率，而且既可满足强度、和易性、工地施工等要求，减少矿山开采后尾料的排放量，也可以降低单位立方米混凝土成本。

关键词：0～5石；粗骨料；高强混凝土；尾料处理；环保

中图分类号：TU37

文献标识码：A文章编号：16749944（2016）12020303

1引言

目前，混凝土与水泥制品行业作为国家经济的支柱产业，其性能及用量均能满足现有的社会需求。但目前碎石开采带来了诸多环保问题，如开采后筛余的尾料无法消化长期滞库造成浪费，较多矿山开采后不得不将其当作废弃物进行处理，这给开采矿山带来一定的成本压力，同时对环境造成一定程度的污染。

结合天津地区矿山开采的实际情况，0～5石价格相对经济，同时结合目前天津地区混凝土与水泥制品的使用情况，开展以0～5石为主要粗骨料的高强混凝土应用研究，通过将混凝土中0～5石的用量设定至50 %以上拌制高强预制构件混凝土，旨在减少矿山尾料排放带来的环境污染，同时优化高强混凝土的配合比来降低单位立方米混凝土成本。

2试验计划

确定试验中主要粗骨料0～5石的使用量，50 %～100 %，即粗骨料中有50 %～100 %为0～5石，其余为颗粒粒径主要在10～20 mm范围的碎石（注：以下均简称为“1～2石”）；试验配方的确定，通过试验寻找最优方案加以分析并应用；通过试验结果下发工艺到车间试行，跟进试行情况；确定正式工艺并投入生产。

3试验材料

人工砂∶机制砂∶天然细砂∶水渣=2∶1∶1 （体积比）； 细度模数为2.6～2.9（注：粒化高炉矿渣简称“水渣”）；

碎石：产地为河北遵化，1～2石，0～5石；

水泥：唐山冀东P・O42.5 水泥；

外加剂：天津澳德高效减水剂，30 %含固量（水剂）；

掺合料：S95级矿粉（矿粉为天津钢铁有限公司产出的粒化高炉矿渣经粉磨制成），比表面积3800～4200 cm2/g；

拌和水：自来水。

4试验设备

60L搅拌机、砼振动台、100×100×100三联试模、100 kg电子称等。

5碎石的选用

试验前：碎石为河北遵化产源的石灰石，石质强度较高，压碎指标值为5 %～6 %，针片状颗粒含量为3 %～4 %，是非常良好的粗骨料选用材料，前期使用1～2石作为粗骨料，0～5石掺量较少，试验前进厂大小石子及搭配后具体参数如图1。

从图1中可以看出，目前使用的1～2碎石颗粒级配略大，颗粒大多集中在9.5～26.5 mm之间。

从图2中可以看出，0～5碎石颗粒级配偏小，颗粒大多集中在4.75～9.5 mm之间。

试验前碎石中搭配的0～5碎石较少，搭配后颗粒级配如图3所示。

试验前情况：从图3可以看出1～2碎石中9.5～26.5 mm颗粒含量占多数，整体粒径偏大；0～5碎石中4.75～9.5 mm颗粒含量占多数，整体粒径偏小；前期采用的是搭配少量0～5石来达到连续级配的效果，搭配后颗粒级配良好，但9.5 mm粒径颗粒略少且1～2碎石单价比0～5碎石高出5～6元/t，故考虑到环境污染及进行混凝土配合比的优化，开展将0～5石作为主要粗骨料制作高强混凝土的试配试验。

试验中：首先确定试验参数，即将进厂1～2碎石与0～5碎石搭配比例进行调整，0～5石占50 %以上，搭配后具体参数见图4。

通过图4可以看出，搭配比例调整后，碎石整体颗粒偏小，主要颗粒分布在4.75～9.5 mm之间，由于0～5石比例的增加，粗骨料整体比表面积增大，需要包裹在表面的砂浆需要增加，故在试验前结合实际对配方中砂率进行上调，确保砼料和易性及混凝土的密实度。鉴于以上思路，开展了对比性试配试验（表1）。

通过以上试验可以从理论上分析，随着0～5石用量的增加，骨料外表面积增大，砂率需要随着提高方可保证砼料和易性，同时又因0～5石颗粒偏小，混凝土的细小孔隙部分可以由其填充，混凝土密实度相应增加，进而强度逐步提高，相比现行配方混凝土强度要高。同时从试块内部对比可以看出，0～5石搭配比例的增加，通过配方的合理微调，完全可以满足生产的需要和易性要求，同时混凝土试块强度有所提高，试块内部密实度较好。

6综合价值

6.1环境保护价值

试验所在公司0～5石的平均年使用量约13万t，每年为矿山回收利用尾料约13万t，如混凝土与水泥制品行业采用此研究生产各自需求的混凝土并广泛利用，其环保价值较为可观。

6.2经济效益核算

综合以上试验结果，具体差异详见表3。

7结论

若建筑单位1～2石年使用量为10万t，且笔者提出的项目符合此单位产品制作要求，采用0～5石代替1～2石作为主要粗骨料生产高强混凝土，则该单位1年可产生约55万元经济效益，如混凝土与水泥制品行业广泛应用此项目生产产品，则经济效益较为明显。

参考文献：

[1]

国家质监局，国家标准委员会.先张法预应力混凝土管桩：GB13476-2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]国家质监局，国家标准委员会.建设用卵石、碎石：GB/T14685-2011[S].北京：中国标准出版社，2001.