巴塘河治理工程中河卵石综合利用技术

王龙志，王桂玲，张会冰，张海霞，崔鑫

（1. 山东建泽混凝土有限公司，济南 250101；2. 中国建筑第八工程局，上海 200120）

0 前言

巴塘河又名札曲，位于玉树州境内。巴塘河河道治理工程为玉树州灾后重建项目十大标志性工程之一，河道建设中疏通清淤是一项重要的工程内容。调查发现工程沿线河道内存有大量河卵石，该河卵石产于天然河道，石质坚硬、抗压强度高、含泥量少、压碎指标值低、无碱骨料反应、天然级配较好，易于开发，且开采无污染，不破坏植被，有利于环境保护；同时为促进当地经济发展，中建玉树混凝土搅拌站于 2011 年 6 月开始，研究应用将巴塘河河道治理工程中产生的大量卵石破碎筛选后作为混凝土粗骨料使用，同时，研究应用将其破碎后的副产品石屑作为免烧砖原材使用。

1 河卵石破碎分级

巴塘河河道纵坡坡度较大地段河卵石粒径偏大，河道纵坡坡度较小地段河卵石粒径偏小，河卵石各粒径所占比例如表 1 所示。同时经调查发现，河卵石 98% 以上为坚硬的石灰岩，另有极少量石英石等，河卵石抗压强度绝大部分在150MPa 以上。

表 1 河卵石粒径分布

图 1 河卵石破碎分级示意图

2 破碎卵石作为混凝土骨料的应用研究

通过科学试验和工程实践应用，在相同强度等级水胶比不变的情况下，对两种粗集料各项性能进行比较，研究破碎卵石取代传统碎石（玉树当地多为花岗岩碎石）的可行性，并进行工程应用。

2.1 试验用原材料及主要性能

水泥：青海金鼎水泥有限公司 P·O42.5 级硅酸盐水泥，28d 抗压强度 46.8MPa，抗折强度 7.2MPa。

掺合料：华电大通发电公司Ⅱ级粉煤灰。

外加剂：西宁宣达建材有限公司生产的 MKJ-3 高效减水剂。

细集料：中建玉树砂场Ⅱ区中级砂，细度模数 2.9，含泥量小于 2.0%。

粗集料：巴塘河破碎卵石、花岗岩碎石。其各项性能指标如表 2 所示。

表 2 破碎卵石、花岗岩碎石各项性能指标

2.2 试验方案及混凝土性能

取援建工程常用混凝土强度等级 C25、C30、C35 的三个常用配合比，在相同强度等级水胶比不变的情况下，对两种不同粗集料配制的混凝土力学性能和拌合物性能进行比较。混凝土配合比如表 3 所示，混凝土拌合物性能及力学性能如表 4 所示。

表 3 试配用混凝土配合比

表 4 混凝土拌合物性能及力学性能

2.3 试验结果分析

2.3.1 破碎卵石对混凝土物理性能的影响

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在泵送混凝土拌合物中，往往由于粗骨料不符合连续粒级或者水胶比选用不合适等原因，使骨料和砂浆分布不均匀或者离析，出现可泵性差或是难以泵送等问题。

由于破碎卵石的形貌特性，表面棱角相比于碎石少得多，颗粒级配好，因此在确保可泵性前提下可尽量提高每立方米混凝土的粗骨料掺量。用破碎卵石与碎石拌制的混凝土相比，每立方米提高石子掺量 6%～8%，可以降低砂率，这样既降低成本，同时又减少了商品混凝土在浇筑后产生裂缝的几率。根据系列试配的性能测试结果，破碎卵石混凝土（每立方米重量相同时）和易性明显优于普通碎石配制的混凝土的和易性。混凝土在搅拌和泵送过程中与泵管摩擦阻力减小，不易堵管、易于泵送，减少设备磨损，延长了设备使用寿命，提高了施工效率。

取援建工程常用混凝土强度等级 C25、C30、C35 的三个常用配合比，在相同强度不变的情况下，对两种不同粗集料配制的混凝土拌合物性能和开裂性能进行比较。混凝土配合比如表 5 所示，混凝土拌合物性能及开裂性能如表 6 所示。

表 5 试配用混凝土配合比

表 6 混凝土拌合物性能及开裂性能

2.3.2 破碎卵石对混凝土抗压强度的作用

抗压强度是混凝土力学性能的主要指标之一，根据强度测试结果，掺卵石配合比的 7d 强度均比掺碎石的配合比低1.2～2.3MPa，28d 强度均高 0.5～1.1MPa。原因是破碎卵石吸水率大于碎石，起到内蓄水作用，由于后期破碎卵石内蓄水缓慢释放，保证了混凝土后期水化过程中所需的水分[2-4]。

采用破碎卵石的混凝土在前期虽然强度略比碎石低，但后期强度发展趋势优于碎石，同时在综合性能及成本上也明显优于碎石。

2.3.3 破碎卵石作为混凝土粗骨料的抗裂作用

泵送混凝土浇筑成型后，拌合物中的粗骨料在自重作用下缓慢下沉，浆体上升，当粗骨料在下沉过程中受到钢筋等阻挡，使钢筋上部混凝土产生拉应力，由这种沉降收缩产生的拉应力大于混凝土的初始抗拉应力时，混凝土就产生裂缝。另外，由于水在混凝土中不断迁移，在浆体中形成毛细孔压力。随着水分迁移，固体颗粒逐渐靠近，毛细孔也随之逐渐变细，毛细孔压力增大，从而加快混凝土内部水分向外迁移，因外界的温度、风速及湿度等因素的影响，外部很快硬化而内部还未硬化，这样表面和内部未硬化的混凝土之间就存在硬度梯度，从而制约了内部变形，内部混凝土变形拉动了硬化层的变形。由于未硬化的混凝土变形快，当达到一定程度时，表层硬壳就被拉裂，产生塑性收缩，当然还存在碳化收缩、温度收缩、自收缩（干缩）等的影响。

使用人工碎石拌制的泵送混凝土石子含量一般在45%～48% 之间，这样的混凝土细骨料含量高，容易出现粗骨料分布不均匀。又因为混凝土中石子含量低，石子之间的分布间距大，浇筑振捣时石子因自重大而下沉，混凝土表面就出现缺少石子或全砂浆现象，这样就增大了混凝土自身收缩变形。为尽量减少收缩导致裂缝，可改善混凝土内部成分的均匀度。由于破碎卵石级配合理、颗粒形状好，针片状少，粗骨料之间的填充性好，掺量可达到 50%～54% 之间。这样粗骨料在混凝土中分布均匀，减小了粗骨料之间的间距，降低了混凝土本身的沉降收缩和自收缩。自 2011 年以来，由中建玉树混凝土搅拌站供应的预拌混凝土，浇筑地下室基础底板、剪力墙板以及楼层面板等结构，裂缝得到了有效控制，混凝土的抗渗性能得到了提高，进而混凝土的耐久性也相应地得到了提高。由中建玉树混凝土搅拌站供应预拌混凝土的工程有玉树州行政中心、玉树州医院、玉树州红旗小学、玉树州第一完全制小学、康巴艺术中心、民南居住组团、玉树州无线电检测综合楼、军分区弹药库、折龙达居住组团、民北公建（邮政支局、村级公路服务用房）、儿童福利院、妇幼保健院、民兵训练营、烟草公司办公楼、扎曲北路居住组团、扎西科河南商住组团等，各工程都得到施工单位及州建筑工程质量监督站的认可和好评。

2.3.4 破碎卵石对混凝土耐久性能的影响

以上述 C30 混凝土配比为例，研究冻融循环对掺破碎卵石与掺普通碎石混凝土耐久性能的影响。图 2 为冻融循环对混凝土相对动弹模量的影响。图 3 为冻融循环对混凝土质量损失率的影响。从图中可以看出冻融循环对两种混凝土的影响没有明显差别，随着冻融循环次数的增加，掺破碎卵石的混凝土抗冻性能略高于掺普通碎石的混凝土的抗冻性能，这是与两种混凝土力学性能特征有关的。

图 2 冻融循环次数对混凝土相对动弹模量的影响

3 破碎卵石作为免烧砖原材的应用研究

为满足玉树灾后重建对建筑材料的需求，研究使用河卵石破碎后形成的石屑、石粉等制备建筑用砖。

3.1 试验及生产用原材料及设备

水泥：金河水泥 P·C32.5 散装水泥，28d 抗压强度为38.2MPa，抗折强度为 6.4MPa。

集料：破碎河卵石产生的石粉及 5～10mm 石屑。

生产设备：华闰天元机械有限公司 QTY6-15 型砌块成型机。

图 3 冻融循环次数对混凝土质量损失率的影响

3.2 免烧砖生产配比及性能参数

根据援建工程对免烧砖的需求，本项目对需求量较大的六种免烧砖进行了研制，六种砖的规格及配比如表 7 所示。

表 7 免烧砖规格及配合比

经测试，六种免烧砖性能指标满足 GB/T21144—2007《混凝土实心砖》、JC 943—004《混凝土多孔砖》、GB 8239—1997《普通混凝土小型空心砌块》等相关标准要求。

4 结论

经过大量试验和工程应用研究，得出如下结论：

（1）疏通航道产生的副产品河卵石，质地坚硬、无碱活性，可做为建筑材料使用，既提高了资源的有效利用率，又促进了当地经济的发展，并避免了随意倾倒对自然环境的破坏。

（2）破碎卵石作为商品混凝土原材料使用是可行的，既改善了混凝土工作性能、泵送性能，又提高了混凝土长期的力学性能，进而一定程度上改善了混凝土的抗冻性能。

（3）同强度等级、同工作性能和力学性能的情况下，破碎卵石在混凝土中的掺量多于普通碎石，从而降低了混凝土砂率，提高了混凝土抗裂性能。

（4）破碎卵石作为免烧砖原材料使用是可行的，且制备的免烧砖各项性能指标满足相关标准要求。

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