卵石碎石替代岩石碎石在混凝土中的应用研究
2015-12-20张忠立陈刚
张忠立，陈刚
（合肥天柱混凝土有限公司；安徽 合肥 230601）
卵石碎石替代岩石碎石在混凝土中的应用研究
张忠立，陈刚
（合肥天柱混凝土有限公司；安徽合肥230601）
随着合肥大建设的不断深入，商品混凝土市场不断扩张，作为原材料之一的用石子的需求量也日益增加，导致周边各石材产地过度开采，不仅造成材料的品质一定程度的下降，对环境也造成了极大的破坏。本文研究发现卵石碎石在混凝土中的应用不仅能够疏浚河道节约资源保护环境，同时也可以挖掘其蕴藏着的经济效益，为解决石材过度开采问题提供思路。
卵石碎石；碎石；混凝土
0 前言
随着城市化进程的加快，作为省会的合肥建筑行业近年飞速发展，导致周边石材资源过度开采，不仅对环境造成了极大的破坏，同时也加剧了材料质量的劣化；随着政府对环境的重拳整治，致使周边石材供应紧张、价格高涨、混凝土利润下降，再加上政府对混凝土价格的宏观控制，加剧了混凝土行业竞争；如何在目前这种状况下立于不败之地就必须寻求突破点，不仅要解决原材料劣化问题，还要寻求降低混凝土生产成本的方法。笔者作为技术人员对舒城卵石碎石的大规模使用应用进行了相应的分析。
1 试验用材料及试验用配比
1.1原材料
水泥：P•O 42.5 级水泥；粉煤灰：F 类 Ⅱ 级灰；矿粉：S95 矿粉。减水剂：减水率为 21% 的 PCA-I 聚羧酸减水剂（稀释型）；黄砂：Ⅱ 区中砂；石子：5～25mm 连续级配岩石碎石和 5～25mm 连续级配卵石碎石。水泥基本性能见表1，粉煤灰矿粉性能见表 2，黄砂基本指标见表 3，石子性能见表 4。
表1 所用水泥基本性能
表2 掺合料基本性能
表3 黄砂性能指标
表4 卵石碎石、碎石指标
1.2配合比设计
试验配比设计，按照 JGJ 55－2011《普通混凝土配合比设计规程》进行设计，详细配比如下：
表5 对比试验详细配合比 kg/m3
本试验的思路一方面是为了探讨在同一强度等级下不同的卵石碎石替代岩石碎石的比率对混凝土施工性能和强度的影响，另一方面研究卵石碎石在不同强度等级混凝土中影响的差异性，故而对比试验中设计卵石碎石替代率分别为：A（0%）、B（20%）、C（40%）、D（60%）、E（80%）、F（100%），混凝土强度等级 C20～C50。
1.3试验方法标准
GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》
GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》
2 试验结果与分析
2.1对混凝土流动性的影响
通过混凝土坍落度的检测，修正后数据如表 6 所示，从中发现相同强度等级混凝土中卵石碎石替代率越高则其坍落度相应变大。其原因为：卵石碎石的颗粒表面一部分是河水冲刷的光滑面，一部分是破碎后不光滑的棱角面，增加卵石碎石替代率时可以有效的降低集料之间的摩擦阻力，同时随着替代率的增加，粗集料中针片状的含量也得到了降低，故相同配比中随着卵石碎石替代率的提高混凝土坍落度增大，流动性得到改善。
2.2对混凝土强度的影响
如表 6、7 和图 1 所示，C20～C45 混凝土中随替代率的增加强度先增长后降低，且替代率为 20% 时 C20～C45 强度增加量先增加后降低，在 C30 处强度增长量最大；众所周知：卵石碎石的外表面的光滑程度比岩石碎石要高，故而强度随着替代率的增加理论上应呈下降趋势，而实际上卵石碎石的某些优点是岩石碎石没有办法做到的：卵石碎石在破碎后经过冲洗，含泥量几乎为零，针片状含量及石屑含量要远低于岩石碎石，混凝土中掺入部分卵石碎石后其骨料含泥量和石屑含量降低，增加了混凝土强度；另外拥有光滑面的卵石碎石能够降低骨料间摩擦力从而降低粗集料孔隙率增加了混凝土的密实度。在低掺时这些性能的变化对混凝土强度的影响要大于卵石碎石表面光滑对强度的影响，从而强度有所提高。但是随着掺量的提高，卵石光滑面与浆体之间的握裹力差的劣势逐渐体现，从而在掺量达到一定限度后强度也会有所降低。
对于 C50 混凝土属于较高强度等级，高强度等级混凝土强度与粗骨料的压碎值（抗压强度）息息相关，而卵石碎石由于环境侵蚀，压碎值和抗压强度不及岩石碎石，再加上卵石光滑面握裹力差，从而导致强度下降。
表6 混凝土拌合物性能对比
表7 混凝土 28d 强度对比
图1 不同等级混凝土抗压强度与卵石碎石替代率的关系
2.3成本分析
低等级 C35 及以下混凝土中卵石碎石替代率在到 60% 时强度几乎没有变化，C40 混凝土中卵石碎石替代率在 40% 时无明显影响，C45 混凝土中卵石碎石替代率在 20% 时无较大影响；C50 混凝土中掺用卵石碎石强度就有所下降，不宜使用卵石碎石。如每月生产中 C35 及以下强度等级混凝土的产量约占总产量 80% 以上；在合肥市场上卵石碎石价格较岩石碎石价格低 15元/吨以上，以合肥市场上中型搅拌站年产 25万方混凝土，仅以 C35 及以下强度等级掺用50%卵石碎石进行生产计算，单方节约成本至少 8.25 元，年节约成本 165 万元以上。
3 试验结论
（1）卵石经过破碎虽然出现明显的棱角，但是其仍然有一定的光滑面，在生产中适当掺用卵石碎石可以降低混凝土内部摩擦，从而一定程度上改善混凝土的流动性。
（2）在低强度等级混凝土中由于卵石光滑面降低内部摩擦，混凝土中骨料在组合时能够降低石子中的孔隙率，从而在一定掺量内提高强度；对于高强度等级由于卵石本身抗压强度偏低，随着替代率的增加高强度等级混凝土有所降低。
（3）在 C35 及以下强度等级混凝土中适当掺用卵石碎石对混凝土性能影响不大，同时可以降低混凝土材料成本，一定程度上提高企业的竞争优势。
［通讯地址］安徽省合肥市高新区铭传路 合肥天柱混凝土集团（230601）
张忠立（1988—），助理工程师，现任合肥天柱混凝土有限公司技术负责人。
