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碎石加工尾料在流动性混凝土中的应用

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：曹存勇

[导读] 摘要：近年来，我国的隧道工程建设越来越多，对混凝土的应用也越来越广泛。

        中国水利水电第十二工程局有限公司浙江省杭州市 310004
        摘要：近年来，我国的隧道工程建设越来越多，对混凝土的应用也越来越广泛。因此，利用隧道洞渣进行碎石加工并应用于混凝土中，验证自加工碎石进行混凝土拌制的可行性，并对项目混凝土施工配合比进行优化，解决项目面临的地材资源匮乏、运输成本高以及保护自然生态环境等方面具有广阔的市场应用价值，同时可为类似隧道工程项目提供参考借鉴。
        关键词：隧道洞渣；自加工碎石；混凝土；配合比
        引言
        生产混凝土用碎石的母岩一般是石灰岩，在碎石的生产加工过程中余下大量较小粒径（一般为5mm以下）颗粒和石粉的尾料，石粉含量高且颗粒级配不均匀，在堆放过程中会造成颗粒、石粉分离。因此，碎石加工尾料不能直接用作建筑用砂，一定程度上造成了自然资源的浪费。目前，基于采用不同比例的人工砂代替天然河砂作为混合砂在实际工程中开展了较多的应用研究，且技术比较成熟，而完全采用人工砂代替天然河砂配制混凝土的研究仍欠缺，尤其是泵送所需要的流动性混凝土的长期力学性能方面研究成果仍不足，制约了碎石加工尾料的推广应用，为了改善这种现状，我们进行了如下的分析及试验：
        1石料性质分析
        石料性质可以分为两类：料源特性与加工特性。料源特性包括石料强度、压碎值、洛杉矶磨耗值、磨光值、视密度、吸水率、坚固性等，这些指标主要由料源所决定，与集料的强度、物理结构、化学特性等相关，与集料的加工工艺没有多少关系；而集料加工特性则与集料的加工工艺有直接关系，包括粗集料棱角性、细集料棱角性、针片状含量、砂当量、小于0．075ｍｍ颗粒含量、软石含量等。事实上，在料源紧张的现实情况下，石料加工特性应受到更多关注和控制，因其对沥青混合料的性能有很大的影响。
        2碎石加工尾料在沥青混凝土中的应用
        2.1碎石颗粒尺寸和级配选择
        沥青面层用料关乎整个路面的质量情况，对其使用效果与寿命具有直接影响。在施工过程中应按照沥青混合料的设计与配比要求进行物料选择。碎石颗粒的大小在此过程中起到关键作用，关乎整个混合料能否按照既定设计要求，发挥其功能。高速公路路面在此方面的要求更为苛刻，其使用的碎石颗粒应不超过1.4cm。而级配情况则会改变整个混合料的各种性能。因此，这两者是在进行混合料设计中首要考虑的内容。合理的碎石尺寸选择与级配，能够最大限度地满足各项工程指标的性能。但就目前的现实状况来看，难以做到精准。这主要是源于该方面物料的生产与供应环节，即便是采购时指定同一规格的颗粒，其生产过程也难以满足要求，颗粒大小仍旧存在一定的差异，使得混合料的性能出现不稳定的情况，影响整个路面建设的效果。
        2.2石粉含量对混凝土流动性的影响
        混凝土的坍落度变化不大，当石粉含量为5%时，坍落度最佳。从当时拌合的混凝土来看，随石粉含量的增加，混凝土的粘聚性变好。在机制砂混凝土体系中，适量的石粉并未降低混凝土的坍落度，其原因主要是石粉的细度接近于沥青的细度，石粉存在弥补了机制砂混凝土浆体材料不足的缺陷，弥补了机制砂表面粗糙的缺点，有利于减少机制砂与碎石之间的摩擦，改善混凝土拌和物的和易性；石粉含量的增加，必然会使其包裹用水量增加，故石粉增加会改变混凝土拌和物的流变性。但由于石粉的表面积远大于机制砂的表面积，它的引入会增加浆体的粘滞性，从而使混凝土拌和物的粘聚性增加，因此石粉含量的增加能够减少机制砂混凝土的离析现象。
        2.3保证碎石颗粒组成的一致性
        首先，在路面的相关设计上应针对混合石料的规格做出明确而统一的要求。该要求应保证沥青混合料的性能稳定，符合工程要求。在采购的过程中，应按照设计要求指定碎石的规格，在生产工厂的选择上，应选择那些设备先进，规模较大的供应商，确保其碎石的质量稳定，符合施工的要求。

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应安排专人对工厂的生产情况与有关设备进行相应的考察。
        2.4混凝土配合比设计
        利用隧道洞渣自加工砂进行混凝土不同标号配合比设计，并与外购成品碎石的配合比数据进行比较。经过数据分析得出，以上标号混凝土配合比各项指标与原配比中指标稳合度高，甚至个别强度数值超过原配合比中数值，通过试验检测得出结论，利用隧道洞渣进行碎石加工，从原材料指标到对应配合比数据均无明显差异，可以用于实体混凝土工程施工。
        3碎石加工尾料在水泥混凝土中的应用
        水泥混凝土拌制完成后，按GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》测量其浇筑前的坍落度，并观察混凝土拌合物外观，受细骨料颜色的影响（尾料人工砂呈青色），碎石加工尾料人工砂混凝土拌合物（C30R、C50R）比天然河砂混凝土（C30T、C50T）外观颜色略深；C30R、C50R的和易性和稠度较好。C30R和C30T的坍落度差别不大，C50R的坍落度小于C50T，但均能达到设计要求。分析原因，随着水灰比的减小，尾料人工砂的特性反映明显，一方面是尾料人工砂表面粗糙、比表面积较大，与水泥混凝土胶体粘结界面较广；另一方面，由于集料表面吸附了一层石粉，石粉的颗粒细，吸水性强，提高了混凝土拌合物的和易性和稠度。对混凝土试件在相应龄期进行加载试验，分别建立不同试件的力学性能（立方体标准抗压强度、轴心抗压强度以及劈裂抗拉强度）随龄期的发展规律曲线。观察试件加载现象和破坏形态发现，同一龄期的C30R、C50R分别与C30T、C50T的加载破坏形态基本相似。轴心抗压强度其破坏形态既有纵向裂缝破坏，也有主斜裂缝破坏，主斜裂缝破坏后的开裂面穿过了水泥混凝土石，并有较多粗骨料（碎石）被贯穿劈开，说明混凝土整体性能已达到实际应用水准。
        4石料加工场建设与管理
        ①集料加工过程中，现场应有专人负责巡视检查，发现不符合要求的石料和杂物要及时清除，确保进入喂料器的石料洁净。宜采用人工配合机械的方法选料，严禁将石料与泥块的混合物运入碎石加工生产线。②沥青面层碎石破碎应采用二级或二级以上联合破碎设备（其中至少一级采用反击破）。破碎机必须连续、稳定地进行供料，一方面为了提高产量，另一方面则可减少针片状颗粒含量。③料场的覆盖层、植被、风化石等爆破前清理干净。④振动喂料器必须正常工作，在振动喂料机的喂料口应配备过滤泥土、杂质的隔片筛。⑤碎石加工场地应干燥、洁净并作必要的硬化处理。⑥调整好粗碎、中碎与细碎的最佳排料开口比，实现均衡生产，以减少针片状颗粒的含量。⑦应选择材料强度高、不易磨损的破碎机牙板并及时检查，破碎机牙板的“牙”磨损后应及时更换，一般产量达到15000ｔ时建议更换牙板。⑧减小生产过程中的空气污染、噪音污染，并落实到生产活动中去，做到文明生产并合理利用水资源。实践中可采用压滤机等设备对碎石生产过程中产生的污水进行循环利用，污水利用率可达到50%，压滤机产生的“泥饼”定期外运进行综合利用，以保护碎石加工厂区周围的水环境和土壤环境，同时应加强对周围自然生态环境的保护。
        结语
        综上所述，分析混凝土拌合物物理性能表明，随着混凝土强度等级的提高影响越显著，适量石粉能够提高混凝土拌合物的和易性和稠度，沥青面层用石料应在加工时选择合理的破碎方式和合适的筛网筛孔尺寸，同时还应通过增加除尘设备、加大覆盖层和植被的清理力度、对破碎的碎石及时进行转运、缩短破碎机牙板的更换时间、增设立轴式整形制砂机等方式来降低针片状含量、含泥量、杂质及有害物质含量，并提高磨光值和细集料的砂当量等指标。
        参考文献：
        [1]王延洪，许丽.下脚料人工砂在普通混凝土中的应用[J].水电与新能源，2013，106（1）：30-31，39
        [2]刘波.浅谈人工砂细度模数对混凝土性能的影响[J].四川建材，2015，41（1）：5-7
        [3]董瑞，陈晓芳，钟建锋，等.石灰岩性机制砂特性研究[J].混凝土，2013，281（3）：84-89