石屑代砂在混凝土工程中的应用

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摘　要　石屑代砂是克服混凝土工程天然砂缺乏的措施。介绍石屑混凝土的抗压强度、抗冻和抗渗性等主要性能，以及在工程中应注意的问题。

关键词　石屑　代砂　混凝土

1 　前言

混凝土是现代建筑工程用量最大的建筑材料，发挥着其它材料无法替代的功能与作用。天然砂是混凝土的重要组成部分。目前我国处于工程建设的高峰期，建筑用砂需求十分巨大。由于我国砂资源分布不均匀，加上环境保护要求，许多河流已实施禁止采砂，天然砂资源逐渐不能满足工程建设的需要，因此，寻找天然砂的替代品十分迫切。与天然砂相比，石屑具有质地坚硬、表面粗糙多孔、有尖锐棱角、粘结性能良好等特点，并且含有大量料径小于0.16 mm的石粉。石屑的来源一般有两种：一是碎石加工的筛余副产品；二是碎石再加工而成。由于石料厂生产流程和工艺不同，石屑的物理性能指标变化范围较大，细度模数的变化范围为1.7 ～4.5，视密度为2.58 ～2.82 g/ cm3 ，容重在1.36～1.60 g/ cm3 范围，空隙率在42 % ～ 47 %之间，由此可知，石屑的物理性能与砂相似，是比较适宜的代砂材料。我国的石灰石、白云岩在开采中平均每吨矿石约产出0.5～0.2 t石屑，在采石场堆积大量石屑，不但占用土地、污染环境，而且造成资源的大量浪费。用石屑代砂还解决了天然砂短缺问题。在一般地区，砂的价格为40～60 元/ t，而由碎石再加工而成的石屑价格不超过30 元/ t。所以，石屑代砂也有较好的经济效益。我国在20世纪90年代初期就开始了石屑代砂的试验研究。研究发现石屑代砂混凝土不仅和易性好，且强度有所提高，在一线工程中进行应用和推广。并提出在混凝土中以50 %石屑代50 %中砂能提高混凝土的抗渗、抗冻性能。本文介绍石屑代砂在水柏铁路的工程应用。

2 　石屑的物理及化学性质

水柏铁路采用的石屑混凝土的细骨料由下列不同粒径的石屑颗粒组成。
(1) 石屑：粒径0116～5100 mm
(2) 石粉：粒径< 0116mm
石屑试样的物理指标、化学成分等物理化学性能分别见表1、表2、表3。

从表中看出，石屑与砂相比含有粒径小于0.16 mm的石粉，其空隙率小于砂，颗粒级配良好，表观密度大于砂，说明砂骨料疏松多孔，吸水率大，其强度低于石屑；石屑中主要的化学成份为SiO2、CaO、Al2O3 和MgO等。

3 　石屑代砂试验结果与分析

在水柏铁路施工中，以石屑取代中砂量的30%、40%、50%、60%、80%、100%进行试验配比，在水灰比相同及坍落度相同的情况下，配置C30混凝土，以考察石屑混凝土的不同性能，与普通混凝土相对比，试验结果见表4。

试验表明石屑混凝土强度均高于普通混凝土的强度，而50%掺量的配合比为最佳配合比，提高性能最明显。

根据表5三组混凝土的抗冻性对比试验，可以看出，石屑混凝土的抗冻性高于前者。实际工作中，也有在混凝土中投入部分石屑来提高其抗冻性的，这说明石质良好的石屑部分或全部代砂能改善混凝土的抗冻性。

综合以上试验结果，由于石屑改善了集料——— 浆体的界面和混凝土孔隙结构，增强了混凝土的密实性，以及碳酸钙颗粒的晶核反应加速了C < sub > 3水化并避免了晶体的集中生长，石屑混凝土的强度比普通混凝土高，抗渗性好、抗冻性高，性能优于普通混凝土。

4 　石屑代砂在工程中应用

经过系列的试验配比研究，在实际施工中，采用将50%掺量的混凝土配合比应用于水柏铁路施工中，既节约了远距离高价购砂的费用，又节约了时间，降低了施工成本，保证了施工进度，给单位创造了良好的经济效益，取得了很好的施工效果。以其中C30 为例，石屑混凝土的配合比及混凝土强度见表6。石屑混凝土的材料选择如下。

(1) 水泥：普通硅酸盐42.5级水泥；
(2) 粗骨料：碎石5～20 mm；
(3) 细骨料石屑：粒径小于5 mm (石粉含量不超过25% ) ；
(4) 中砂：盘县砂；
(5) 外加剂：UNF5高效减水剂；
(6) 水：饮用水。

5 　石屑混凝土性能

与普通混凝土比较，石屑混凝土具有以下良好性能。

(1) 提高了和易性及抗渗性。以石屑取代中砂的石屑混凝土，由于石屑中含有大约14.1 % ～ 17.4 %的石粉微粒，使石屑混凝土具有良好保水性，便于振捣成型，粘聚性强，和易性好。石粉微粒填实了混凝土中的孔隙，从而增强了水泥与骨料间的密实性，提高混凝土的抗渗性能达1倍以上。

(2) 提高了混凝土的强度。强度是混凝土的一项重要性能指标。石屑混凝土强度的高低直接影响到石屑在混凝土的应用。由于石屑质地坚硬，表面粗糙，有尖锐棱角，与水泥的粘结性能好，石屑的颗粒级配好于砂，表观密度大于砂，石屑混凝土的强度高于普通混凝土。石粉中含有大量的SiO2、CaO、Al2O3 等化学成分，在水泥水化过程中，易形成坚硬的铝硅酸钙和碳酸氢钙，从而提高混凝土的强度。

(3) 降低了收缩性。由于采用石屑取代50% 的细骨料，石粉微粒填实了混凝土中的孔隙，增强了水泥与骨料之间的密实性，在水泥水化过程中形成了坚硬的铝硅酸钙和碳酸氢钙，改善了混凝土的内部结构，降低了收缩性。从实际施工的效果看，混凝土硬化后未出现收缩裂纹。

6 　施工中应注意的问题

由于石屑代砂混凝土的特殊性，在工程施工过程中，应注意以下几方面。
(1) 应延长石屑混凝土的搅拌时间，并缩短振捣成型的时间；
(2) 自然养护时，应加强早期潮湿环境下的养护，特别是采用矿渣水泥的混凝土，蒸养时要适当控制静停时间，严格掌握升温与降温时间；
(3) 控制石粉含量。石粉含量过多，会使混凝土拌合物过于干稠，阻碍水泥与骨料表面的粘结，使混凝土强度降低，早期收缩增大，因此，石粉在石屑中的含量不应超过25 %。

7 　结语与建议

随着当今建筑行业突飞猛进发展和施工技术进步与创新，天然砂料短缺的形势日益严峻。石屑作为一种潜在的代砂材料，不仅具有一定经济性和适用性，还具有较好的环保效益和社会效益。为了使石屑代砂在混凝土中得到推广应用，建议进一步研究下列几个问题。

(1) 石粉的含量及活性对混凝土的影响。
(2) 石屑含泥量的检测方法。
(3) 石屑混凝土的微观机理。
(4) 制定石屑应用标准和规范。
(5) 石屑混凝土的收缩、碳化以及对钢筋的锈蚀性能。
(6) 石屑代砂混凝土的推广应用。