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石子尾矿细骨料在预拌混凝土中的应用

发表时间：2020/11/4 来源：《基层建设》2020年第21期作者：王宏利

[导读] 摘要：随着土木工程建设的蓬勃发展和对工程质量的重视，建筑市场对砂的需求数量越来越大，质量上要求也越来越高，而合格的天然砂资源却越来越少。

        安徽省亳州市泰合混凝土制品有限公司 236800
        摘要：随着土木工程建设的蓬勃发展和对工程质量的重视，建筑市场对砂的需求数量越来越大，质量上要求也越来越高，而合格的天然砂资源却越来越少。由于天然砂资源日益短缺，价格上涨，一些地区出现了超量开采，不仅严重破坏了生态环境而且也造成了自然能源的危机。因此，采用机械破碎岩石生产石子尾矿细骨料代替天然砂，既可以节约自然资源，又符合当前可持续发展战略要求。本文主要研究了石子尾矿细骨料特性对预拌砂浆性能的影响及作用机理，为石子尾矿细骨料在预拌砂浆中的应用提供理论依据。
        关键词：石子尾矿细骨料；预拌砂浆；石粉
        引言
        随着现代化建设步伐的不断发展，预拌混凝土越来越多地被用于土木工程的各个领域。预拌混凝土使用的细骨料一般为天然砂，而天然砂是一种不能短期再生的地方资源。许多地方出于环境保护的需要而出台的限采或禁采措施，使得混凝土用砂的供需矛盾日益突出，天然砂质量不断降低，砂的价格持续走高，用砂高峰期间甚至无砂可用，都影响了工程建设的进展。为了探讨其在预拌混凝土中应用的可行性，对石矿上生产混凝土石子的尾矿（石屑）进行混凝土性能试验。
        1石子尾矿细骨料的制备及颗粒组成测定
        1.1试验材料
        （1）细骨料采用天然砂和石子尾矿细骨料两种细骨料。由筛分知石子尾矿细骨料不在II区砂范围，偏粗；天然砂属II区砂。（2）粗骨料采用两种碎石，其中碎石1粒径较大，集中在9.5～16mm；碎石2粒径较细，俗称瓜子片，通过两者搭配改善石级配。
        1.2实验步骤
        本试验分别研究以下项目：
        （1）石子尾矿细骨料取代天然砂的比例对混凝土工作性和力学性能影响，从经济性上考虑，石子尾矿细骨料取代率越大，越节约成本，本文设定范围为40%～100%。
        （2）采用最佳石子尾矿细骨料取代率时，砂率对混凝土工作性和力学性能影响，砂率范围取35%～44%。
        （3）石粉含量对混凝土性能的影响：将石子尾矿细骨料过75μm筛，筛下砂为石粉，将石粉与筛上石子尾矿细骨料按不同比例混和，调节石子尾矿细骨料的石粉含量；石子尾矿细骨料混凝土配制时，固定各自最佳石子尾矿细骨料取代率和适宜砂率不变。
        （4）减水剂品种和掺量对石子尾矿细骨料混凝土的性能影响：选择萘系减水剂和聚羧酸减水剂两种常用外加剂进行对比，掺量在各自推荐范围内取值。石子尾矿细骨料混凝土配制以C30为基准，石子尾矿细骨料取代率及砂率选择其对应的适宜值。
        2石子尾矿细骨料特性对预拌砂浆性能的影响
        2.1石子尾矿细骨料的特性
        石子尾矿细骨料是岩石经除土开采、机械破碎、筛分制成的岩石颗粒。从岩性上讲，石料岩性统一，无明显混杂石料的现象。但是其性质受母岩的影响较大，不同的母岩生产出的石子尾矿细骨料无论从成分、颗粒形状和级配等方面都有很大的差别。从外观上讲，石子尾矿细骨料相比天然河砂而言，由于生产石子尾矿细骨料母岩的岩性不同，石子尾矿细骨料均呈不同的颜色，如由石灰岩生产的石子尾矿细骨料多呈灰白色，若细粉颗粒含量过多。
        2.2石子尾矿细骨料特性对预拌砂浆工作性的影响
        集料中各级粒径颗粒的分布情况称为集料的级配，石子尾矿细骨料的级配对预拌砂浆的工作性有显著的影响。石子尾矿细骨料颗中粗颗粒多，细颗粒少。当石子尾矿细骨料中粗颗粒较多时，预拌砂浆的流动性和保水性明显变差。这是由于石子尾矿细骨料中的粗颗粒比细颗粒表面粗糙、棱角多且尖锐，使颗粒移动时需要克服颗粒间的阻力和摩擦力也越大，从而导致预拌砂浆的流动性下降。

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        2.3石子尾矿细骨料特性对硬化后预拌砂浆性能的影响
        1）石子尾矿细骨料的级配对预拌砂浆收缩性能的影响
        内因是指水胶比、胶砂比、水泥细度、水泥品种、集料和外加剂等；外因主要是指环境条件。级配良好的 B 组石子尾矿细骨料配制的预拌砂浆收缩率明显小于级配不良的 A、C 组石子尾矿细骨料配制的砂浆，且 C 组比 A 组石子尾矿细骨料配制的砂浆收缩率小。C 组石子尾矿细骨料中含有较多的细颗粒，尤其是石粉颗粒含量多，能够改善水泥石的孔结构，使收缩率低于 A 组砂配制的砂浆。
        2）石子尾矿细骨料的颗粒形状对预拌砂浆力学性能的影响
        预拌砂浆的抗压强度和抗折强度受棱角性指数的影响呈现规律性的变化，随着棱角性指数的增加，抗压强度和抗折强度先增大后减小。当棱角性指数逐渐增大时，抗压强度和抗折强度增大。这主要是由于，随着棱角性指数的增大，石子尾矿细骨料颗粒棱角越多，砂颗粒间产生的嵌挤锁结力和摩擦力就越大，从而提高了预拌砂浆的强度。
        3）石子尾矿细骨料的颗粒形状对预拌砂浆收缩性能的影响
        石子尾矿细骨料的颗粒多棱角对预拌砂浆的收缩有改善作用，且不同棱角性指标的颗粒对预拌砂浆收缩的影响不同，随着石子尾矿细骨料棱角性指标的增大，预拌砂浆的干燥收缩率减小，即石子尾矿细骨料的颗粒形状可以有效的限制水泥石的干燥收缩；棱角性指数为 1.40的石子尾矿细骨料配制的砂浆收缩率明显小于棱角性指数为 1.25 的石子尾矿细骨料配制的砂浆；随着龄期的增长预拌砂浆的收缩率增大，且前期收缩率较后期增长快。
        3石子尾矿细骨料在预拌混凝土中的应用研究
        3.1石子尾矿细骨料预拌砂浆的质量控制
        ① 原材料的控制
        综合前面各章节对石子尾矿细骨料预拌砂浆的分析，石子尾矿细骨料对预拌砂浆的性能有很大的影响。因此，技术人员按同一产地、同一规格、同一进场时间，分批次，进行检测，发现不符合质量要求的石子尾矿细骨料，应予以拒收。对检验合格的原材料，按照粒径的不同分开堆放，切不可混放。
        ② 生产过程中的质量控制
        预拌砂浆生产必需使用专门的搅拌、运输及贮存设备。搅拌机必需具有电脑储存实际投料数据的功能，能随时查阅近 3 个月内生产的每立方米预拌砂浆的用料情况，保证预拌砂浆生产及质量参数的可追溯性。对用于生产的机械设备应建立维护保养制度，以确保设备的持续工作能力及预拌砂浆质量指标。计量设备必须进行定期校验，保证使用合格的计量设备。
        3.2石子尾矿细骨料预拌砂浆的经济性分析
        石子尾矿细骨料预拌砂浆除了在性能指标和技术上的可行性之外，其经济性如何是今后能否广泛使用的另一重要因素。石子尾矿细骨料在替代天然砂的过程中存在着重重阻碍，而与此同时，预拌砂浆作为一种新型的建筑材料在推广过程中也存在着很多困难。
        3.3石子尾矿细骨料预拌砂浆的社会效益
        石子尾矿细骨料预拌砂浆在节约工程造价、保护环境、资源保护等方面都有重要的意义，主要表现在以下几点：① 预拌砂浆是减少污染的重要措施。城市的大气污染主要是粉尘污染，建筑工地是主要的粉尘污染源。集中厂拌生产砂浆，解除了城市的大气污染源。②山地区，便于就地取材，对于石子尾矿细骨料预拌砂浆的生产提供了便利条件，降低了材料造价和运输成本。③ 符合国家提倡的建设“资源节约型，环境友好型”政策的要求。
        结论
        天然砂资源日益短缺，价格上涨，在一些地区出现了超量开采现象，造成了环境破坏。为了满足土木工程建设用砂的要求，采用机械破碎岩石生产石子尾矿细骨料代替天然砂配制预拌砂浆已势在必行。本文较全面的研究了石子尾矿细骨料级配、颗粒形状和石粉含量对预拌砂浆力学性能、收缩性能等的影响规律。并从宏观和微观方面研究石子尾矿细骨料在预拌砂浆中的作用机理，为石子尾矿细骨料在预拌砂浆中的使用提供了理论依据。
        参考文献：
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        [2]韩继先.砂石行业发展现状及展望[J].混凝土世界.2018（04）
        [3]高国成. 浅谈商品混凝土搅拌站生产安排控制[J].商品混凝土.2019（05）