石屑再加工成机制砂在商品混凝土中的应用
2011-05-22肖丽君孙贝毛卓荣
肖丽君,孙贝,毛卓荣
(1.浙江恒立交通工程有限公司,浙江 宁波 315153;2.宁波恒立混凝土有限公司,浙江 宁波 315153;3.浙江老虎山建材有限公司,浙江 江山324123)
1 前言
随着城市建设规模的扩大,天然砂资源日益趋紧,不仅品质下降,且稳定性较差,而单价却越来越高。
同时,普遍情况下,碎石企业在生产过程中,往往产生了大量的尾矿—石屑。石屑废弃后,往往直接堆积,既污染环境占用土地,又浪费了大量的人力物力。据宁波本地一企业统计,每生产一吨碎石,即产生0.2~0.25吨石屑。
因此,为实现大量石屑资源的再利用,同时改善商品混凝土公司的细集料供应状况,降低混凝土材料成本,通过一系列的试验分析与生产实践,将石屑进行清洗再加工,作为机制砂替代部分天然砂,并在生产中全面推广应用,是今后商品混凝土生产的必然趋势。
2 试验原材料情况
水泥:浙江宁波海螺P·O42.5,其技术性能见表1。
粉煤灰:北仑电厂Ⅱ级灰,其技术性能见表2。
碎石:浙江宁波本地产5~31.5mm碎石,其技术性能见表3。
外加剂:浙江江山老虎山建材公司生产的T0R708外加剂,其技术性能见表4。
天然砂:福建闽江砂,其技术性能见表5。
机制砂:由本地一碎石企业所产生的尾矿—石屑经过特定工序与设备的筛分与清洗得到。其技术性能及与天然砂的筛分对比见表6。
3 配合比试验数据与分析
表1 水泥技术性能
表2 粉煤灰技术性能
表3 粗骨料技术性能
表4 外加剂技术性能
表5 天然砂技术性能
表6 机制砂技术性能及与天然砂的筛分对比
表7 配合比数据
表8 试验结果
为更好的探究机制砂替代天然砂对混凝土拌合物性能、强度及耐久性的影响,我们根据机制砂替代天然砂的掺量变化来设计混凝土配合比,笔者在一段时间内的试验数据中,择取有代表性的一个系列配合比数据,见表7。
表7配合比数据经试验,试验结果见表8:
以上数据反映,混凝土性能随着机制砂替代天然砂的掺量变化较大:
a. 随机制砂替代天然砂的掺量递增,混凝土坍落度、扩展度递减。
b. 随机制砂替代天然砂的掺量递增,混凝土强度、密实度略微递增。
c. 随机制砂替代天然砂的掺量递增,混凝土和易性、泵送性逐渐变差。
针对以上数据,结合机制砂与天然砂的技术性能上的区别,做以下分析探究:
a. 由于材质原因、加工工艺与设备原因,在碎石生产中所产生的石屑与天然砂相比较,大都存在表面粗糙、多有棱角,形状多为梭形、三角形,针片状含量很高等特点。针片状的细骨料在混凝土内部浆体中形成了一种“篱笆”作用,使包裹粗细骨料的水泥浆层减薄,润滑作用减弱。当针片状细骨料愈多,它们相互间作用更易产生交叉搭接现象,在新拌混凝土中形成网络结构,起到支撑骨架的作用,由此混凝土的整体流动性也随机制砂掺量的增加而明显降低。
b. 这里所使用的机制砂为石屑经过一定工序与设备的筛分与清洗得到,因此不可避免的含有一定量的粒径小于0.075的石粉与泥粉,其中两种物质应区别对待。一定量的石粉,能在混凝土各相界面中起到填充、密实、保水、润滑、胶凝等效果。它使得水泥浆体密实,孔隙率减小,有效改善混凝土和易性。从而对混凝土强度、抗渗性能以及密实度有很好的提高作用。而泥粉却刚好相反。泥粉含量不仅对混凝土强度有害无益,而且对混凝土耐久性影响巨大。
c. 机制砂掺量的提高使混凝土和易性变差。不仅是因为机制砂的细度模数较大,更是因为机制砂的颗粒级配差,2.36mm以上颗粒含量过多。一般情况下,通过适当增加砂率,可以解决和易性、可泵性、泌水性等问题。
4 生产工艺过程与使用实践总结
经过对一段时间内生产工艺调整与生产使用实践,总结如下事项:
4.1 选取粒径合理,形状优良,粘土矿物含量低的石屑
(1)石材。石灰岩质、凝灰岩质等石材破碎形成的石屑针片状颗粒含量相对更低。
(2)破碎机。宁波普遍使用颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥式破碎机,而相对而言反击式破碎机、圆锥式破碎机所产生的石屑针片状颗粒含量更低,因此优先使用这类机械所生产的石屑。
(3)粘土类矿物含量。大型石材在破碎前应尽量去除山皮土、夹层土与风化后的黄斑石。这类材质破碎后形成的石屑往往粘土类矿物泥粉含量很高。
4.2 石屑经过预均化堆放后再进行清洗。清洗过程中应注意
(1)清洗过程中应使用循环水系统,防止直接用自然水系清洗而造成二次污染。
(2)循环水系统中应增加沉淀池,清洗后的水应经一定时间沉淀后方能再作为清洗用水使用。防止清洗用水中泥粉含量高造成石屑越洗越不合格。
(3)保证成品中石粉含量在10%左右。《建筑用砂》GB/T14684中对石粉含量作了3%、5%、7%的上限规定,但是通过实践生产使用取得的经验,结合前文对石粉作用的分析,笔者认为:10%左右的石粉含量不仅能有效改善机制砂颗粒级配,改善混凝土保水性、和易性、可泵性,而且能提高混凝土强度、抗渗性能。成品机制砂中粉类含量控制的关键是留石粉去泥粉,充分重视亚甲蓝MB值数据的试验,加强清洗工艺的控制。最后,石粉含量不可仅仅局限于标准规范要求,注重各自生产使用企业经验数据的累积与统计。
4.3 配合比设计与应用中,应充分考虑机制砂的细度模数大、颗粒级配差的特点
(1)在试验与生产实践中摸索出适应各自企业的机制砂替代掺量。泵送混凝土以40%以下为宜,长距离、高距离泵送则以30%为宜。
(2)选用细度模数2.3左右的中细砂,则与机制砂混合形成的混合砂颗粒级配更为合理,密实度更好。
(3)考虑随机制砂替代掺量增加,混凝土坍落度、扩展度递减的问题,与基准配合比相比,适量增加外加剂掺量来增加混凝土坍落度、扩展度。
(4)当成品机制砂细度模数较大,则可以减少替代掺量或增加砂率来调整混凝土和易性。
5 结束语
石屑再加工成的机制砂作为建筑用砂使用,与天然砂相较有很多优势。
(1)环保优势:利用尾矿石屑这类废弃资源,节约了大量的人力、物力与堆放场地等资源,符合可持续发展的基本国策。
(2)品质优势:与天然砂的品质不稳定性相较,通过稳定的原料管理与生产工艺管理,这类机制砂颗粒级配等技术指标稳定一致,甚至能改善增强混凝土拌合物的各项性能,更可以按照各类需求来进行调整,以满足施工要求。
(3)成本优势:在天然砂供应日益窘迫,价格日益高涨的今天,规模化的生产并使用此类机制砂可以产生相当可观的经济效益。
[1]GB/T14684-2001建筑用砂[S]
[2]段雄辉等. 预拌泵送混凝土用机制砂的生产工艺及质量控制 [J].混凝土, 2006 , 27-31
[3]王跃松等. 机制砂在混凝土中的应用技术研究[J].商品混凝土,2005(5)