板岩碎石在商品混凝土中的应用研究

顿苗苗

（徐州医科大学基本建设管理处，江苏 徐州 221000）

0 前言

随着国民经济的发展，我国的社会主要矛盾已发生变化，人民对生活品质的要求不断提升，“绿水青山”已成为当前社会发展的主要目标。矿山限采和道路管控等举措纷纷出台，导致混凝土企业骨料供应异常紧张。尾矿及再生骨料等已成为混凝土企业的常规原材料[1]。

鲁南地区存在板岩矿脉，主矿物为绿泥石、伊利石，为黏土质矿物经轻微变质而成，其结构致密、板理发育良好、色泽纯正，是优良的石雕原材，养育了当地诸多石雕企业。在板岩的开采和原石雕刻过程中，产生了大量的石质碎屑。此类碎屑以前都当作建筑垃圾处理，近期在骨料供应紧张的局面下，这种板岩碎石部分流向了商品混凝土企业，被用作混凝土粗、细骨料，导致了一些工程事故的发生。经研究，国内诸多矿脉板岩具有碱骨料活性，且岩石强度偏低，应谨慎用于商品混凝土中[2-4]。基于上述原因，本试验将板岩碎石应用于不同强度等级混凝土中，研究对其性能的影响。

1 原材料

（1）水泥：徐州中联 P.O42.5水泥，标准稠度用水量27.5%，28d 抗压强度50.8MPa，碱含量0.75%。

（2）粉煤灰：华润Ⅰ级灰，45µm 方孔筛筛余7.2%，28d 活性指数75%。

（3）矿粉：东南钢铁 S95，比表面积415m2/kg，28d 活性指数99%。

（4）铁尾矿砂：细度模数0.7，亚甲蓝值1.0，含粉量5%。

（5）机制砂：细度模数3.2，亚甲蓝值3.0，含粉量10%。

（6）石灰质碎石：公称粒径5～25mm，含泥量0.3%，泥块含量0.1%，压碎值13，母岩强度81MPa。

（7）板岩碎石1：公称粒径5～25mm，含泥量0.2%，泥块含量0%，压碎值24，母岩强度42MPa。

（8）板岩碎石2：公称粒径5～16mm，含泥量0.2%，泥块含量0%，压碎值24，母岩强度42MPa。

（9）外加剂：江苏苏博特 PCA-1聚羧酸减水剂，含固量20.1%，减水率22.2%。

2 试验方法

采用砂浆长度法和快速压蒸法检测板岩的碱骨料活性。针对不同强度等级的混凝土，用板岩碎石取代石灰质碎石，检测混凝土的力学性能，检测方法参照 GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》。

3 试验结果与讨论

3.1 板岩的碱活性检测

碱骨料反应是指混凝土建筑物中的碱（Na2O、K2O）与骨料中的矿物组份在一定的温湿度条件下发生的反应。该反应在混凝土内部产生白色凝胶，并吸水肿胀导致结构破坏。碱骨料反应潜伏期长且碱骨料破坏难以补救[5-6]。因而对可疑骨料必须进行碱骨料活性检测。

参照 JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》，采用砂浆长度法检测板岩的碱骨料活性，其膨胀率为0.235%，参照 CECS48—1993《砂石碱活性快速试验方法》，采用快速压蒸法检测板岩的碱骨料活性，其膨胀率为0.312%。

两种测试方法均表明该板岩具有碱骨料反应活性，其在混凝土中应用时，应严格限定混凝土建筑物中的总碱量，各国对混凝土中碱含量限值不尽相同，我国CECS53—1993《混凝土碱含量限值标准》规定混凝土碱含量低于3kg/m3，南非则规定混凝土中总碱量小于1.8kg/m3无害，是对总碱量限值最严苛的国家[3]。

3.2 板岩碎石在低强度等级混凝土中的应用

C10、C20等低强度等级混凝土中的水泥用量较低，混凝土中的总碱量较低，C20混凝土中的总碱量仅为1.58kg/m3，即使使用碱活性骨料，也不存在碱骨料破坏的风险。在 C10、C20混凝土中使用公称粒径相同（5～25mm）的板岩碎石取代石灰质碎石，所用配比如表1所示，试验结果如表2所示。

表1 低强度等级混凝土配合比 kg/m3

表2 碎石种类对混凝土力学性能的影响

结果表明，在 C10、C20混凝土中，使用板岩取代石灰质碎石，7d 强度和28d 强度略有下降，大体持平。在硬化混凝土中，骨料强度、水泥石强度和骨料与水泥浆体的胶结强度是混凝土强度构成的三要素。JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》规定，岩石的抗压强度应比所配制的混凝土强度至少高20%，板岩的母岩抗压强度为42MPa，可满足 C10、C20混凝土强度的强度配制要求，由于低等级混凝土中的水胶比较高，水泥石强度较低，在硬化混凝土的强度影响要素中起决定性作用。因而在 C10、C20等低强度等级混凝土中，其力学性能满足设计要求，可替代石灰质碎石应用于混凝土配料中。

3.3 板岩碎石在中高强度等级混凝土中的应用

C25混凝土中的水泥用量为230kg，总碱量仅为1.73kg/m3，不存在碱骨料破坏的风险，C30混凝土中的水泥用量为265kg，总碱量为2kg/m3，有潜在的碱骨料破坏风险。在 C25、C30混凝土中使用公称粒径相同（5～25mm）的板岩碎石取代石灰质碎石，所用配比如表3所示，试验结果如表4所示。

表3 中高强度等级混凝土配合比 kg/m3

结果表明，在 C25混凝土中，使用板岩取代石灰质碎石，7d 强度略有下降，28d 强度大幅度下降；在 C30混凝土中，这种下降幅度更为明显。此时板岩强度较低的短板效应凸显，使用板岩同配比取代石灰质碎石，已达不到混凝土的强度要求。

在 C25混凝土中，使用公称粒径为5～16mm 的板岩碎石取代公称粒径为5～25mm 的石灰质碎石，且通过调整外加剂用量的方法将用水量降至165kg，可将硬化混凝土的28d 强度提升至36MPa。

因而通过调整板岩碎石公称粒径以及混凝土用水量等技术手段，可以使用板岩碎石配制 C25混凝土，由于板岩自身的强度短板和配合比中水泥用量的增加（存在碱骨料破坏风险），板岩碎石不适用于配制强度等级高于 C25的混凝土。

表4 碎石种类对混凝土力学性能的影响

4 结论

（1）采用砂浆长度法检测板岩的碱骨料活性，其膨胀率为0.235%，采用快速压蒸法检测板岩的碱骨料活性，其膨胀率为0.312%。两种测试方法均表明，该板岩具有碱骨料反应活性。

（2）在 C10、C20等低强度等级混凝土中，由于低强度等级混凝土中的水泥用量低，使用板岩碎石不存在碱骨料破坏的风险，且力学性能满足设计要求，因而可替代石灰质碎石应用于混凝土配料中。

（3）通过调整板岩碎石公称粒径以及混凝土用水量等技术手段，可以使用板岩碎石配制 C25混凝土，由于板岩自身的强度短板和配合比中水泥用量的增加（存在碱骨料破坏风险），板岩碎石不适用于配制强度等级高于 C25的混凝土。