石屑代砂在混凝土工程中的應用

摘　要　石屑代砂是克服混凝土工程天然砂缺乏的措施。介紹石屑混凝土的抗壓強度、抗凍和抗?jié)B性等主要性能，以及在工程中應注意的問題。

關鍵詞　石屑　代砂　混凝土

1 　前言

混凝土是現(xiàn)代建筑工程用量最大的建筑材料，發(fā)揮著其它材料無法替代的功能與作用。天然砂是混凝土的重要組成部分。目前我國處于工程建設的高峰期，建筑用砂需求十分巨大。由于我國砂資源分布不均勻，加上環(huán)境保護要求，許多河流已實施禁止采砂，天然砂資源逐漸不能滿足工程建設的需要，因此，尋找天然砂的替代品十分迫切。與天然砂相比，石屑具有質地堅硬、表面粗糙多孔、有尖銳棱角、粘結性能良好等特點，并且含有大量料徑小于0.16 mm的石粉。石屑的來源一般有兩種：一是碎石加工的篩余副產(chǎn)品；二是碎石再加工而成。由于石料廠生產(chǎn)流程和工藝不同，石屑的物理性能指標變化范圍較大，細度模數(shù)的變化范圍為1.7 ～4.5，視密度為2.58 ～2.82 g/ cm3 ，容重在1.36～1.60 g/ cm3 范圍，空隙率在42 % ～ 47 %之間，由此可知，石屑的物理性能與砂相似，是比較適宜的代砂材料。我國的石灰石、白云巖在開采中平均每噸礦石約產(chǎn)出0.5～0.2 t石屑，在采石場堆積大量石屑，不但占用土地、污染環(huán)境，而且造成資源的大量浪費。用石屑代砂還解決了天然砂短缺問題。在一般地區(qū)，砂的價格為40～60 元/ t，而由碎石再加工而成的石屑價格不超過30 元/ t。所以，石屑代砂也有較好的經(jīng)濟效益。我國在20世紀90年代初期就開始了石屑代砂的試驗研究。研究發(fā)現(xiàn)石屑代砂混凝土不僅和易性好，且強度有所提高，在一線工程中進行應用和推廣。并提出在混凝土中以50 %石屑代50 %中砂能提高混凝土的抗?jié)B、抗凍性能。本文介紹石屑代砂在水柏鐵路的工程應用。

2 　石屑的物理及化學性質

水柏鐵路采用的石屑混凝土的細骨料由下列不同粒徑的石屑顆粒組成。
(1) 石屑：粒徑0116～5100 mm
(2) 石粉：粒徑< 0116mm
石屑試樣的物理指標、化學成分等物理化學性能分別見表1、表2、表3。

從表中看出，石屑與砂相比含有粒徑小于0.16 mm的石粉，其空隙率小于砂，顆粒級配良好，表觀密度大于砂，說明砂骨料疏松多孔，吸水率大，其強度低于石屑；石屑中主要的化學成份為SiO2、CaO、Al2O3 和MgO等。

3 　石屑代砂試驗結果與分析

在水柏鐵路施工中，以石屑取代中砂量的30%、40%、50%、60%、80%、100%進行試驗配比，在水灰比相同及坍落度相同的情況下，配置C30混凝土，以考察石屑混凝土的不同性能，與普通混凝土相對比，試驗結果見表4。

試驗表明石屑混凝土強度均高于普通混凝土的強度，而50%摻量的配合比為最佳配合比，提高性能最明顯。

根據(jù)表5三組混凝土的抗凍性對比試驗，可以看出，石屑混凝土的抗凍性高于前者。實際工作中，也有在混凝土中投入部分石屑來提高其抗凍性的，這說明石質良好的石屑部分或全部代砂能改善混凝土的抗凍性。

綜合以上試驗結果，由于石屑改善了集料——— 漿體的界面和混凝土孔隙結構，增強了混凝土的密實性，以及碳酸鈣顆粒的晶核反應加速了C < sub > 3水化并避免了晶體的集中生長，石屑混凝土的強度比普通混凝土高，抗?jié)B性好、抗凍性高，性能優(yōu)于普通混凝土。

4 　石屑代砂在工程中應用

經(jīng)過系列的試驗配比研究，在實際施工中，采用將50%摻量的混凝土配合比應用于水柏鐵路施工中，既節(jié)約了遠距離高價購砂的費用，又節(jié)約了時間，降低了施工成本，保證了施工進度，給單位創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益，取得了很好的施工效果。以其中C30 為例，石屑混凝土的配合比及混凝土強度見表6。石屑混凝土的材料選擇如下。

(1) 水泥：普通硅酸鹽42.5級水泥；
(2) 粗骨料：碎石5～20 mm；
(3) 細骨料石屑：粒徑小于5 mm (石粉含量不超過25% ) ；
(4) 中砂：盤縣砂；
(5) 外加劑：UNF5高效減水劑；
(6) 水：飲用水。

5 　石屑混凝土性能

與普通混凝土比較，石屑混凝土具有以下良好性能。

(1) 提高了和易性及抗?jié)B性。以石屑取代中砂的石屑混凝土，由于石屑中含有大約14.1 % ～ 17.4 %的石粉微粒，使石屑混凝土具有良好保水性，便于振搗成型，粘聚性強，和易性好。石粉微粒填實了混凝土中的孔隙，從而增強了水泥與骨料間的密實性，提高混凝土的抗?jié)B性能達1倍以上。

(2) 提高了混凝土的強度。強度是混凝土的一項重要性能指標。石屑混凝土強度的高低直接影響到石屑在混凝土的應用。由于石屑質地堅硬，表面粗糙，有尖銳棱角，與水泥的粘結性能好，石屑的顆粒級配好于砂，表觀密度大于砂，石屑混凝土的強度高于普通混凝土。石粉中含有大量的SiO2、CaO、Al2O3 等化學成分，在水泥水化過程中，易形成堅硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣，從而提高混凝土的強度。

(3) 降低了收縮性。由于采用石屑取代50% 的細骨料，石粉微粒填實了混凝土中的孔隙，增強了水泥與骨料之間的密實性，在水泥水化過程中形成了堅硬的鋁硅酸鈣和碳酸氫鈣，改善了混凝土的內部結構，降低了收縮性。從實際施工的效果看，混凝土硬化后未出現(xiàn)收縮裂紋。

6 　施工中應注意的問題

由于石屑代砂混凝土的特殊性，在工程施工過程中，應注意以下幾方面。
(1) 應延長石屑混凝土的攪拌時間，并縮短振搗成型的時間；
(2) 自然養(yǎng)護時，應加強早期潮濕環(huán)境下的養(yǎng)護，特別是采用礦渣水泥的混凝土，蒸養(yǎng)時要適當控制靜停時間，嚴格掌握升溫與降溫時間；
(3) 控制石粉含量。石粉含量過多，會使混凝土拌合物過于干稠，阻礙水泥與骨料表面的粘結，使混凝土強度降低，早期收縮增大，因此，石粉在石屑中的含量不應超過25 %。

7 　結語與建議

隨著當今建筑行業(yè)突飛猛進發(fā)展和施工技術進步與創(chuàng)新，天然砂料短缺的形勢日益嚴峻。石屑作為一種潛在的代砂材料，不僅具有一定經(jīng)濟性和適用性，還具有較好的環(huán)保效益和社會效益。為了使石屑代砂在混凝土中得到推廣應用，建議進一步研究下列幾個問題。

(1) 石粉的含量及活性對混凝土的影響。
(2) 石屑含泥量的檢測方法。
(3) 石屑混凝土的微觀機理。
(4) 制定石屑應用標準和規(guī)范。
(5) 石屑混凝土的收縮、碳化以及對鋼筋的銹蝕性能。
(6) 石屑代砂混凝土的推廣應用。