高石粉含量石屑混凝土的性能试验研究

徐振

摘要：研究了不同水灰比、石屑掺量、石粉含量、砂率对混凝土性能的影响。试验表明：石屑混凝土抗压强度与河砂混凝土抗压强度增长规律基本一致;在水灰比相同的条件下，不同石屑掺量、石粉含量、砂率的石屑混凝土28d强度均能满足设计强度要求，且较河砂混凝土还有所提高;石屑掺量在40%，石粉含量在13%时，石屑混凝土28d的强度最高;砂率在40%时，石屑混凝土的综合性能最好。

关键词：高石粉含量;石屑混凝土;水灰比;石屑掺量;砂率

1 前言

随着国家基础设施建设的发展，建筑用砂的需求日益增大，然而砂是不可再生的资源，随着连年的超量开采，天然河砂日渐枯竭。寻找河砂的代用品已迫在眉睫，越来越受到有关部门和学者的重视。

在河砂替代材料方面，国内外均进行了大量研究，目前主要有3 个途径：一是采用海砂;二是采用人工砂;三是采用石屑。石屑是生产碎石过程中筛出的副产品，每加工100t的碎石，产生20～30t的石屑。它作为石场的废弃物，既占用场地又污染环境，目前多用于道路填方，价格较低。将石屑用于混凝土中取代河砂具有较高的经济和社会价值。而对于石屑代砂制备混凝土，中国已有较多研究，但其在实际工程中的应用仍较少。一个很重要的原因是对石屑性能的系统性研究不足，对石屑的质量以及其对混凝土性能影响的规律掌握不足。

通过调查研究，可以得知：1）某石场石屑主要是花岗岩石屑，石屑的表观密度、松散堆积密度和空隙率指标基本符合建筑用砂要求;2）石屑可根据4.75mm的累计筛余分为3个类别：粗石屑（石屑中4.75mm累计筛余大于30%）、中石屑（石屑中4.75mm累计筛余为15%～ 30%）、细石屑（石屑中4.75mm累计筛余小于15%）。细石屑、中石屑中小于4.75mm部分的级配与机制砂比较接近，其中粗颗粒和小于0.15mm的细粉含量较高;3）石屑中石粉含量较高，参考现有标准规定，将石粉含量大于10%的石屑称为高石粉含量石屑。笔者通过不同水灰比、石屑掺量、石粉含量、砂率研究比较了高含量石粉石屑对混凝土性能的影响。

2 原材料与试验内容

2.1 原材料

1）水泥：采用某水泥有限公司生产的P.O42.5R硅酸盐水泥;2）减水剂：采用，某公司N型普通减水剂，其含量为30.5%;3）碎石：采用某石场产碎石，由5～16mm碎石（小石）和16～31.5mm碎石（大石）按7：3 配合而成，符合5～31.5mm连续级配要求;4）水：采用自来水;5）砂：采用某砂厂产河砂，属O区中砂;6）石屑：采用来自某石场的石屑;河砂与石屑的筛分析结果与基本物理性能对比见表1、2。

2.2 试验内容

该次试验是以强度等级为C30（配制强度为38.2MPa）的混凝土通过水灰比、石屑掺量、石粉含量和砂率的变化，研究其对石屑混凝土性能的影响。河砂混凝土配合比见表3。

3 试验结果与分析

3.1 水灰比对石屑混凝土性能的影响

水灰比对石屑混凝土性能影响的试验结果如表4所示，龄期与抗压强度曲线如图1所示。

由图1可知：1）石屑混凝土的强度随着水灰比的降低而升高，不同水灰比配制的石屑混凝土强度增长规律基本一致;2）在水灰比相同的条件下，石屑与河砂配制混凝土强度增长规律基本相同，但河砂混凝土7d前强度的增长速度稍比石屑混凝土的速度快，而7d以后河砂混凝土强度的增长速度较石屑混凝土慢;3）在水灰比相同的条件下，石屑混凝土28d的强度比河砂混凝土的约提高5%;4）不同水灰比的石屑混凝土均具有良好的拌和性能。

3.2 石屑掺量对石屑混凝土性能的影响

石屑掺量（代砂量）对石屑混凝土性能的影响试验结果如表5所示，石屑掺量与混凝土抗压强度曲线如图2所示。

由图2可知：1）在水灰比相同的情况下，不同石屑掺量配制出的混凝土强度均能满足要求，且较河砂配制混凝土强度高。石屑混凝土28d强度较河砂混凝土提高最大为12.8%;2）石屑掺量在40%以内时，石屑混凝土28d的强度随着掺量的增大而提高;石屑掺量超过40%以后，石屑混凝土28d的强度随着石屑掺量增加而呈不规則变化;3）石屑掺量为60%～80%时，石屑混凝土的粘聚性和保水性最佳;4）不同石屑掺量配制出的混凝土3d、7d和28d强度均符合强度增长规律，且变化规律相同。

3.3 石粉含量对石屑混凝土性能的影响

石屑中不同石粉含量对石屑混凝土性能的影响试验结果如表6所示。石粉含量与混凝土抗压强度的关系如图3所示。

由图3可知：1）在水灰比和砂率（石屑全代砂）相同的情况下，不同石粉含量的石屑混凝土28d的强度均较河砂混凝土有一定的提高，提高的最大值为8.6%;2）石屑混凝土28d的强度随着石粉含量的增大而提高，混凝土的粘聚性和保水性也有所改善，石粉含量达到13%时，石屑混凝土28d的强度最大;3）石粉含量超过13%以后，石屑混凝土的强度随着石粉的增大而降低，混凝土的粘聚性和保水性也有所降低。

3.4 砂率对石屑混凝土性能的影响

砂率（石屑全代砂）对石屑混凝土性能的影响试验结果如表7所示，砂率与混凝土抗压强度曲线如图4所示。

由图4可知：1）在水灰比相同的情况下，不同砂率的石屑全代砂混凝土28d的强度均符合配置强度要求，且较河砂混凝土高，最大高16.3%;2）当砂率在38%以内时，石屑混凝土28d的强度随着砂率的增大而增大;当砂率超过38%以后，石屑混凝土28d的强度则随着砂率的增大呈不规则变化;3）不同龄期的强度规律基本相同;4）砂率在40%以内时，石屑混凝土的拌和性能随着砂率的增加而提高;超过40%以后，拌和性能降低。结合强度及工作性能，试验的砂率选择40%较为适宜。

4 结论

（1）石屑混凝土抗压强度与水灰比之间的关系符合水灰比定律;在水灰比相同的条件下，不同石屑掺量、不同石粉含量、不同砂率的石屑混凝土28d的强度均能满足强度设计要求，且较河砂混凝土28d的强度还有所提高。

（2）在水灰比相同的条件下，石屑混凝土28d的强度随石屑掺量增长呈现曲线变化，该试验条件下，石屑掺量在40%时，石屑混凝土28d的强度最高。

（3）在水灰比和砂率相同的条件下，石屑混凝土28d的强度随石粉含量增长呈现曲线变化，该试验条件下，石粉最佳含量为13%，此时石屑混凝土28d的强度最高。

（4）在水灰比相同的条件下， 石屑混凝土28d的强度随砂率增大呈现曲线变化，该试验条件下，砂率为38%时石屑混凝土28d的强度最高，但结合强度和工作性能，砂率取40%更为适宜。

（5）通过试验研究可知，采用石屑替代砂配制石屑混凝土能满足强度和工作性能要求，且较河砂混凝土具有一定的经济性，石屑混凝土较河砂混凝土每立方的成本至少降低5元左右，值得研究和推广应用。

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