石屑混凝土在核电工程中的应用研究

高奇　黄友芬　李伟　陈海波

摘要：为了减少天然砂日益短缺和石屑利用率低的问题，从原材料控制、配合比设计、性能检测和实体应用等方面对石屑混凝土进行了研究。结果表明：一定量的石粉在混凝土拌合物中作为胶凝材料的补充，可改善混凝土的整体和易性，增强水泥与粗细骨料之间的粘结力和密实性，有利于界面的改善;石屑混凝土各项性能均符合设计及施工性能要求;石屑混凝土既可以减少生态破坏和环境污染，又可以降低资源浪费和生产成本，具有很好的经济和社会效益。

关键词：石屑;混凝土;核电

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1674-9944 （2020） 2-0218-02

1 引言

JTG E42-2005《公路工程集料试验规程》标准中明确规定：所谓石屑，是指采石场加工碎石时通过最小筛孔（通常为2. 36 mm或4.75 mm）的筛下部分[1]。众所周知，天然砂是混凝土的重要组成部分，但由于长期开采造成天然砂资源枯竭，使得原有天然砂供应源源不断的现象不复存在，建筑业的可持续发展与骨料短缺的矛盾日益突出[2]。

目前国内不使用机制砂，而使用河沙的核电站，占在建核电站的一半以上，在核电站石料厂生产碎石的过程中会产生大量的石屑废料，而随着工程的不断进展，石料厂堆集的石屑越来越多，不仅占用大片的土地，还会带来严重的环境污染[3]。

在目前能源短缺、环境污染、生态破坏等一系列问题每况愈下的条件下，石屑混凝土应运而生，给人们带来了解决天然砂资源短缺问题的美好前景[3]。随着天然砂短缺的形势日益严峻，开展石屑代砂在混凝土中的研究与应用势在必行，对我国核电站建设的可持续发展具有重大的现实意义。

2 试验方法

2.1 原材料选择

（1）水泥：P.0 42.5，28d平均抗压强度49.9MPa，比表面积330 m2/kg。

（2）粉煤灰：F类I级，活性指数84. 0%，烧失量2.0%，需水量比92%。

（3）矿粉：S95级，活性指数97%，烧失量1.8%。

（4）砂：Ⅱ区中砂，细度模数2.9，含泥量2.5%，泥块含量0. 8%，表观密度2570 kg/m3。

（5）石屑：细度模数2.8，石粉含量9.6%，表观密度2580 kg/m3。

（6）碎石：5- 16 mm、16～25 mm满足相应粒径的颗粒级配，两者按3.5：6.5比例组成5～25 mm连续级配。

（7）外加剂：减水剂为聚羧酸系高性能减水剂，减水率28. 7%，28 d抗压强度比133%;引气剂减水率7.0%，28 d抗压强度比106%。

（8）拌合用水：淡水，氯离子含量122 mg/L，碱含量56mg/L，28d抗压强度比99%。

注：各原材料除以上列出的性能要求外，其他未注明的性能应符合相应国家标准或者行业标准的要求。

2.2 配合比设计及优化

基于前期研究结果可知：水泥替代比例为40%～50%，粉煤灰：矿粉—5：4时，为最优复合掺合料配比，本项目选择粉煤灰掺量25%、矿粉掺量20%，在此基础上以C30混凝土配合比为例进行研究。

依据JGJ 55进行配合比设计，对计算出的理论配合比，固定其他原材料用量，单独调整石屑代砂比例，并依据GB/T 50080的相关规定对拌合物进行坍落度、表观密度、含气量等检测，观察拌合物和易性状态并成型抗压试块。试验结果见表1和图1。

综合表l和图1可以看出，混凝土拌合物的流动性随着石屑取代量的提高而降低，当石屑在取代量小于50%时，拌合物均具有较好的流动性，而粘聚性和保水性也良好;超过50%，坍落度降低过大，同时混凝土拌合物也易出现离析、泌水的现象，60%时低于坍落度要求的下限值140 mm。所以本试验条件下，石屑代砂比例宜控制在50%以内。

从表1可以看出，随着石屑代砂比例的提高，混凝土的抗压强度随之增高，但增幅不大，7 d强度提高9.0%，28 d的强度提高9.1%，富余系数不大。

本课题选取40%为石屑代砂最佳比例。对初步确定的胶凝材料用量和组成、砂率、外加剂掺量等进行适当调整，最终确定石屑混凝土基准配合比，配合比信息及用量见表2。

3 石屑混凝土性能检测及结果分析

依据GB/T 50080的相关规定对混凝土拌合物进行坍落度、表观密度、含气量等检测，观察混凝土和易性情况，成型抗压强度、劈裂抗拉、抗渗、抗冻、收缩等试件，依据GB/T 50081及GB/T 50082进行检测。主要试验结果见表3。

3.1 拌合物性能

石屑表面比较粗糙，棱角也比较多，相互间的摩擦力比较大，流动性与普通混凝土相比较差;而且石屑中含有一定量的石粉，能够吸收水分，石粉过多时会导致流动度降低，因此需要控制石粉含量并调整外加剂掺量来改善拌合物流动性。但一定量的石粉可以在拌合物中做为胶凝材料的补充，提高混凝土的保水性和粘聚性，改善了混凝土的整体和易性。

3.2 力学性能

石屑混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度均有所提高。由于石屑中一定量的粒徑小于0. 16 mm的石粉能够做为胶凝材料，降低了实际水胶比;另外由于石屑表面比较粗糙，棱角也较多，胶凝材料与粗细骨料之间的粘结力也相应增强，有利于界面的改善。

3.3 长期性能和耐久性能

石屑混凝土的抗渗性能、抗冻性能有不同程度提高，收缩性能基本一致。由于石粉微粒填充了混凝土中的孔隙，增强了水泥与粗细骨料之间的密实性[4]，优化了混凝土的内部结构[5]。

综上所述，使用石屑按照比例替代一定量的天然砂，配制出的混凝土拌合物性能、力学性能、长期性能和耐久性能符合设计及施工要求。

4 石屑混凝土在工程中的应用

4.1 混凝土浇筑

混凝土到达现场后首先进行混凝土拌合物性能检测，混凝土坍落度、含气量指标符合要求后在开始进行混凝土浇筑。每层混凝土浇筑高度控制在400～500mm，浇筑时的最大自由落下高度宜在5m以下，水平流动距离最大不宜超过7m。采用石屑混凝土，浇筑时应注意填充到钢筋、埋设物周围及模板内各个角落。

4.2 混凝土养护

石屑混凝土采用保温保湿的养护方法，整个养护过程中保持混凝土面一直处于湿润状态，对混凝土表面采用定时补水。具体混凝土养护流程：混凝土压面——覆盖1层土工布——覆盖2层塑料薄膜——搭设养护棚架体——覆盖1层保温岩棉——覆盖2层土工布——覆盖1层塑料薄膜——挂设并加固防雨油布。

石屑混凝土做为回填}昆凝土应用于某核电工程核岛和常规岛之间部位回填，共计浇筑2000余m3。混凝土浇筑过程中施工性能良好，无泌水和离析现象;拆模后混凝土外观质量良好，无有害裂缝和有害气泡产生。

5 结论

（1） 一定量的石粉可以在拌合物中作为胶凝材料的补充，改善了混凝土的整体和易性，增强了水泥与粗细骨料之间的粘结力和密实性，有利于界面的改善。

（2）使用石屑按照比例替代一定量的天然砂，配制出的混凝土各项性能符合设计及施工要求，在技术上是可行的。

（3）相对于天然砂，石屑资源丰富、质量相对稳定、经济性也好，石屑混凝土既可以减少因挖取天然砂引发的生态破坏和环境污染，又可以减少石屑堆积占地问题和资源浪费，还可以降低混凝土生产成本，具有很好的经济和社会效益。

参考文献：

[1]交通部公路科学研究所.JTG E42- 2005公路工程集料试验规程[S].北京：中华人民共和國交通部，2005.

[2]刘数华，冷发光.再生混凝土技术[M].北京：中国建材工业出版社，2007.

[3]罗永会，高振国，金树新.石屑用于普通混凝土的可行性研究[J].建筑技术，2004（1）：39-40.

[4]胡海琳，粱松，范庆新.石屑混凝土的研究与应用[J].水泥与混凝土，2005（5）：28—30.

[5]吴树敏，杨医博，彭怡欣，等.石屑混凝土研究进展[J].建筑技术，2010，41（1）：67-70.

作者简介：高奇（1989-）.女，硕士，工程师，主要从事建筑材料检测工作。