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破碎卵石在混凝土中的應用淺談
發布人:陳曉磊 發布時間:2009年11月24日 被瀏覽 5186
破碎卵石在混凝土中的應用淺談
楊嘵華,羅世明,胡洪林,王叔平
【摘要】建筑行業的飛速發展,混凝土用量增大,隨之而來粗、細骨料過量開采從而導致環境破壞和開采石礦所帶來的安全問題,江河開采卵石、砂后殘留下廢棄料形成一處處水下淺灘暗礁給江河航道造成不安全隱患等問題。引入破碎卵石應用于混凝土工程,是節約資源保護環境的一個很重的途徑,并能產生巨大的社會效益和經濟效益。
【關鍵詞】 破碎卵石;綠色建材
1、前言
  混凝土是現代土木建筑工程中用量最大,用途最廣的一種建筑材料,發揮著其它材料無法替代的功能和作用,其中碎石是混凝土中的重要組成部分。隨著城市化建設進程步伐的加快,建筑行業的飛速發展,對建筑用石的需求量日益增加,然而由于巖石、卵石地理資源分布不均,導致部分地區碎石、卵石的短缺。由于山石過度開采對環境造成極大的破壞,開山爆破發生安全事故也時常發生。江河中、戈壁灘開采砂和可用于混凝土中的卵石所遺留下不符合要求的大塊卵石等廢棄料,隨地排放于河床水中和戈壁灘地上,形成了一處處水下淺灘暗礁,給江河航道造成了及不安全隱患,甚至阻斷航道,同時也浪費了有限而寶貴的自然資源。國家和各地地方政府,每年都花上大量的人力和財力來疏通清理河道。如長江中上游,黃河上游,以及各多山區省份內河等,均有不同程度由于開采河道砂、卵石后的廢棄料殘留堆積于河床的水下。因此在江河中開采砂、卵石制定必須清理殘留廢棄物的利用法規很有必要(浙江省麗水地區所屬歐江水道己有規定,所有經批準的采砂、卵石均不得排放廢棄物于河道中,必須按采集深度、河床寬度規定開采,以保障河道航道安全和防訊安全)。
  臺州地區的建筑業飛速發展,作為建筑工程主要工程材料混凝土也隨之廣泛用于工程,我公司于2003年初開始研制將臨海河道中大量卵石堆積物采用破碎篩選后作為混凝土粗骨料,這也是臺州地區首家采用將卵石破碎后用于商品混凝土中作為粗骨料的企業,不僅清理了河道中的大量堆積物,讓河道變得通暢無阻,減少了大量人力和物力防洪投資,為防洪工作作出了不可忽視的貢獻,也為該地區環保貢獻了一份力量。而且破碎卵石集有卵石和人工碎石雙重優點,既提高了混凝土的各項物理指標,改善了泵送混凝土易收縮而出現裂縫特性,提高抗裂性能,同時又取得了良好的技術、經濟及社會效益。可稱“綠色環保建材”。
  本文主要通過試驗和工程中實踐應用,在相同等級水膠比不變的情況下,對三種不同粗集料各項性能的比較,從而取代傳統碎石或卵石的可行性配制,并廣泛用于工程。
2、試驗用原材料及主要性能
  2.1、水泥:海螺52.5級硅酸鹽水泥28d強度61.7MPa,抗折28d強度8.7MPa。
  2.2、摻合料:采用安徽朱家橋S95礦粉和臺州發電廠Ⅱ粉煤灰。
  2.3、細集料:福建中砂和臺州三門中砂(福建中砂細度模數2.67,寧波淡化砂細度模數2.8)
  2.4、減水劑:采用臺州市魯班建筑特種工程有限生產的LJ-202高效減水劑。
  2.5、粗集料:采用臨海吉興生產反擊式人工碎卵石、椒江人工碎石和臨海天然卵石。其各性能指標(見列表1):
表1              碎石、卵石各項性能指標
項目
參數
名稱
表觀密度(kg/m3
堆積密度(kg/m3
緊密密度(kg/m3
壓碎指標(%)
針片狀含量(%)
含泥量(%)
吸水率
(%)
破碎卵石(5~31.5)
2620
1485
1605
7.4
2.8
0.6
2.34
人工碎石(5~31.5)
2635
1495
1624
8.9
10.3
0.46
1.56
天然卵石(5~40 )
2615
1467
1555
8.4
3.2
0.53
2.27
3、試配方案及混凝土性能
  3.1試配方案
  本次試配以2003年生產用泵送混凝土系列配合比作基準配合比(該配合比以臨海3~31.5卵石為粗骨料,含泥量<2%、壓碎指標和針片狀含量均符合標準。寧波淡化砂:細度模數Mx=2.4~2.9, 含泥量<2.5%其它指標均符合標準,貝殼含量<4%=,在相同等級水膠比不變的情況下,對三種不同粗集料各項物理性能和力學性能的比較。
  3.2.材料用量(見表2)
表2             C10——C55材料用量
等級及項目
合比(重量Kg/m3
備注
水:
水泥
粉煤灰
礦粉
砂:
外加劑
C10
C101
190
110
180
---
670
1145
3.9
C102
190
110
180
----
670
1145
3.9
C103
190
110
180
---
730
1080
3.9
Cn
Cn
C55
C551
190
330
45
90
590
1125
8.5
C552
190
330
45
90
590
1125
8.5
C553
190
330
45
90
645
1070
8.5
3.3.物理性能及力學性能
   強度是混凝土的一項重要力學性能指標,破碎卵石配制的混凝土強度高低直接影響破碎卵石在混凝土工程中的應用,因而我公司以生產用C10~C55系列配合比,對三種石子在混凝土中的物理性能和力學性能作對比試驗(見列表3)。
表3          混凝土物理性能及力學性能
等級及項目(MPa)
坍落度(mm)
性能評價
各齡期強度(MPa)
7d
28d
90d
180d
C10
C101
153
9.8
16.0
23.2
26.4
C102
168
7.2
14.8
20.6
23.9
C103
155
10.2
16.2
24.1
26.5
C15
C151
150
一般
12.4
18.8
26.5
30.2
C152
158
一般
10.9
17.2
24.5
28.4
C153
155
12.8
18.4
28.4
30.0
C20
C201
175
15.6
22.5
29.9
34.8
C202
178
15.1
21.5
27.1
31.9
C203
170
一般
15.8
23.6
32.1
34.9
C25
C251
160
21.7
29.8
34.4
38.7
C252
155
19.9
28.4
33.5
35.8
C253
172
22.4
29.8
35.8
37.9
C30
C301
177
23.8
35.0
41.8
46.3
C302
170
22.3
34.1
39.8
44.1
C303
172
23.9
36.4
43.6
46.9
C35
C351
180
30.8
42.5
48.6
53.6
C352
178
28.4
40.0
46.3
52.4
C353
178
31.7
43.7
50.1
51.3
C40
C401
182
33.3
45.2
52.4
59.2
C402
185
30.4
43.6
50.6
57.6
C403
176
34.6
46.9
54.6
56.1
C45
C451
168
38.6
51.1
54.6
62.3
C452
170
37.7
50.1
51.4
60.4
C453
175
38.9
51.7
55.9
63.1
C50
C501
162
42.3
56.5
62.5
66.1
C502
168
40.5
53.7
60.8
64.2
C503
157
42.1
57.1
64.5
66.0
C55
C551
156
44.6
62.0
68.5
72.8
C552
150
43.6
59.8
65.7
69.5
C553
150
44.8
63.5
70.3
72.9
注:強度等級后下標1表示采用破碎卵石作粗骨料;下標2表示卵石作粗骨料;下標3表示采用人工碎石作粗骨料;以上摻用破碎卵石的所有配方與人工碎石相對比均提高石子含量6~8%。其物理性能仍然優于人工碎石拌制的混凝土。
 3.4、三種石子的同齡期強度曲線圖組對比分析如下:
       圖表 1 7天強度對比曲線圖
       圖表 2 28天強度對比曲線圖
       圖表 3 90天強度對比曲線圖
       圖表 4 180天強度對比曲線圖
四、試驗結果分析:
  1.破碎卵石對混凝土物理性能的影響:
  在泵送混凝土拌合物中,往往由于粗骨料不符合連續粒級,或者水膠比選用不準確等問題,使骨料和砂漿分布不均勻或者離析,出現可泵性差或是難以泵送等現象。
 由于破碎卵石具有卵石的形貌特性,表面棱角相對比碎石少得多,顆粒級配好,因此配合比在確保可泵性前提下盡量提高每立方米的粗骨料摻量等方面作了大量試驗。破碎卵石比用碎石拌制的混凝土,每立方米提高石子含量6~8%,降低了砂率,這樣既降低成本,同時又減少了商品混凝土在澆筑后產生裂縫現象。根據系列試配的性能結果看,破碎卵石混凝土(每立方米重量相同時)的和易性明顯優于人工碎石配制的混凝土。混凝土在攪拌和泵送過程中與攪拌機、泵、泵管摩擦阻力減小,不易堵管、易于泵送,減少設備磨損,延長了設備使用壽命。
  2.混凝土裂縫產生的機理及摻破碎卵石作為粗骨料的作用:
  泵送混凝土的大坍落度是產生裂縫較多的重要原因之一,由于澆注成型后,拌合物中的粗骨料在自重作用下緩慢下沉(特別在施工過程中采用振動迫漿的情況下),水和漿體上升,當粗骨料在下沉過程中受到鋼筋等阻擋使鋼筋上部混凝土產生拉應力,由這種沉降收縮產生的拉應力大于混凝土的初始抗拉應力時,混凝土就產生裂縫。另外,由于外加劑、水在混凝土中不斷遷移,這樣在漿體中形成一系列復雜的凹面,形成毛細孔壓力,隨著水分遷移,固體顆粒逐漸靠近,毛細孔也隨之逐漸變細及毛細孔壓力的增大,從而加快混凝土內部水份向外遷移,因外界的溫度、風速及干燥程度等因素的影響,外部很快變硬而內部還未硬化,這樣表面和內部未硬化的混凝土之間就存在一硬化梯度層,從而制約了內部變形,內部混凝土變形也拉動了硬化層的變形,由于未硬化的混凝土變形快,當達到一定程度,表層硬殼就被拉裂,這就是我們所說的塑性收縮,當然還有碳化收縮、、溫度收縮、自收縮(干縮)等。
  用人工碎石拌制的泵送混凝土石子含量一般在45%~48%之間,這樣的混凝土往往細骨料含量高,容易出現粗骨料分布不均勻。又因為混凝土中石子含量低,石子之間的分布間距大,澆筑振搗時石子因自重大而下沉,混凝土表面就出現缺少石子或全砂漿現象,這樣就增大了混凝土自身收縮變形。為盡量減少收縮導致裂縫,我們采取改變混凝土內部成分的均勻度。由于破碎卵石級配合理、顆粒形狀好,針片狀少,粗骨料之間的充填性好,摻量可達到50%~54%之間。這樣粗骨料在混凝土中分布均勻,減小了粗骨之間的間距,降低了混凝土本身的沉降收縮和自收縮。自2003年以來由我公司供應的預拌混凝土,澆筑地下室基礎底板、剪力墻板以樓層面板等結構,裂縫得到了有效控制,混凝土的抗滲性能得到了提高,繼而混凝土的耐久性也相應地得到提高。如近年來由我公司供應的預拌混凝土的市區級重點工程有;、君悅大廈、臺州國際飯店、景元國家示范小區、地稅綜合摟、高速公路大廈、蛇頭山水廠六萬噸反應.沉淀.清永池、市體育中心主體工程、方遠大廈、等數十項工程都得到施工單位及市區建筑工程質量監督站認可和好評。改變以前經常發生的商品混凝土裂縫多的情況,并有多項工程獲得多種獎項。
  3.破碎卵石對混凝土抗壓強度的作用:
  抗壓強度是混凝土力學性能的主要指標,根據強度數據表明,摻卵石系列配合比的7天、28天強度均比碎石和碎卵石的要底0.5MPa~2.5MPa之間,在90天、180天強度均底1.5MPa~3.5MPa,而破碎卵石在前期強度要比碎石低0.5MPa~1.5MPa,但是比卵石高1.0MPa~2.5Mpa,而后期破碎卵石和碎石混凝土抗壓強度基本接近。原因是破碎卵石吸水率大于碎石,起到內蓄水作用,由于后期破碎卵石內蓄水緩慢的釋放,保證了混凝土后期水化過程中所需的水份。所以用破碎卵石配制混凝土后期強度增長快。
  由數據表明:采用破碎卵石的混凝土在前期雖然強度略比碎石低,但后期強度發展趨勢優于碎石,同時在綜合性能及成本也明顯優優于碎石。
五、結論
  經過大量試驗和工程應用、使用破碎卵石不但是合理利用寶貴的資源,保護了環境,而且比人工碎石有如下優點:
  .1疏通航道中的廢棄物,破碎卵石屬綠色環保建材
  2 降低了混凝土成本。
  3抗干縮性能和抗裂性明顯提高,繼而提高了混凝土抗滲性能和耐久性。
  4 混凝土易于泵送:混凝土在生產和泵送過程中與攪拌機、泵、泵管摩擦阻力減小,不易堵管、易于泵送,且減少設備磨損,延長了設備使用壽命、
  在卵石形成過程中,由于全國地質環境不一,卵石顆粒形成石材源也不盡相同,有花崗巖、石灰巖、凝灰巖等等,其中經風化而形成的巖石顆粒成份占有一定的比例,因此破碎卵石在經過反擊式機器破碎的沖擊,將風化石等軟顆粒基本上被粉碎成砂及粉塵,經篩除后大大減少了石子風化軟顆粒。

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