想省钱的一定要看!如何用石屑就能让混凝土节约成本10-20元/方!

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2018-06-11


随着我国基本建设的快速发展,混凝土的需求量越来越大。在普通混凝土中,骨料的用量大约为混凝土体积的70%~80%,然而我国砂资源分布极不均匀,并且由于长期的过度开采使天然砂的质量和数量越来越难以满足工程建设的需要。而采石厂在生产碎石时产生的大量石屑,不仅占用大片土地,而且还带来严重的环境污染,如何处理这些石屑也成为让人头痛的问题。如果能将石屑处理后做为人工砂使用,既可以避免过度开采对环境的破坏,又可以解决石屑带来的污染问题;另外,石屑的价格低廉,还可以带来相当可观的经济效益。

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与河砂相比,石屑颗粒多呈层片状,棱角较多,0.16mm以下的细粉含量较高,级配较差。因此,用石屑替代河砂,势必影响混凝土的和易性;如果增加水泥浆的用量,将导致材料成本的增加,并且给硬化后的混凝土耐久性带来不利影响。这正是石屑之所以未得到大量利用的重要原因之一。本文采用密实级配的方法,最大程度地减少骨料的空隙率,既消化了石屑,又达到了节约水泥、降低成本的目的。


1、试验用原材料


1.1 水泥


水泥品种为P.O 42.5R,广东韶关水泥厂和东莞华润水泥厂生产,该品种水泥是广东地区搅拌站最常用的水泥。本文所用水泥28d实际抗压强度分别为45.3MPa、46.8MPa。


1.2 石子


深圳市为海建材有限公司新鸿利石厂生产的碎石,最大粒径30mm,压碎指标15%,表观密度2619kg/m3。


1.3 砂子


广东惠州河砂,细度模数2.8,表观密度2619kg/m3,符合II区级配要求。


1.4 石屑


来自深圳市为海建材有限公司新鸿利石厂,堆积密度1589kg/m3,粒径分布见表1。


1.5 外加剂


SPP-HP型高效减水剂,广东东莞兆旌建材有限公司生产,密度1.16g/cm3,固含量31%,推荐掺量1.75%C,实测减水率为22%。


1.6 粉煤灰


深圳妈湾电场III级粉煤灰,45μm方孔筛筛余率37.5%,需水量比106%,表观密度2290kg/m3,堆积密度880kg/m3。


2、配合比设计


2.1 设计思路


采用密级配的目的是最大限度地减少骨料的空隙率。降低骨料的空隙率可以节约水泥浆体,充分发挥水泥浆体对混凝土流动性和粘结性的贡献。密级配是通过混凝土各组成成分之间的相互填充来实现的。首先,用粉煤灰填充细骨料之间的空隙形成密实的细骨料。为达到最佳密实效果,粉煤灰所占的质量分数α一般在10%~15%之间;其次,用粉煤灰填充后的密实细骨料再填充石子之间的空隙,使混合骨料达到最密实状态。在这个混合体系中,密实细骨料的质量百分数β一般在50%左右;最后,用水泥浆体填充所有骨料的空隙,浆体用量以充分填充空隙并有一定富余为佳,用n值表示水泥浆富余系数。水灰比或水胶比根据混凝土的强度来确定,水泥用量和用水量根据骨料的剩余空隙率亦即水泥浆用量来确定。最后,混凝土的坍落度或流动性通过掺加高效减水剂的用量进行调整。


2.2 最佳配比的确定


2.2.1 骨料组成设计


石屑的筛分结果见表1,可见不能满足I区或II区的级配要求,但筛分曲线大部分落在了I区。为将石屑筛分曲线调至I区内,需选用一定数量的河砂混合使用。经过试配,选用细度模数为2.8的河砂与石屑按1∶1的比例掺配,掺配后的筛分结果见表1,细度模数Mx=3.2,基本符合I区级配要求。

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河砂和石屑混合体系中的空隙用粉煤灰来填充,粉煤灰的质量分数定义为α=F/(S+P)。随着粉煤灰用量的增加,空隙逐渐被填满,体系的堆积密度逐渐增大;若粉煤灰的用量继续增加达到超填充时,由于粉煤灰本身的堆积密度较小,混合细骨料的堆积密度也随之降低。所以,从混合骨料的堆积密度上可以反映出空隙被填充的程度。图1是实测的混合骨料堆积密度与粉煤灰的质量分数α之间的关系曲线,用二次曲线拟合分析可知当α=12%时,体系堆积密度达到最大值1757kg/m3。


下一步再用上述混合细骨料填充石子中的空隙,细骨料的质量分数定义为β=(S+P)/(S+P+G)。实测的混合骨料堆积密度与细骨料的质量分数β之间的关系曲线如图2,当β=52%时, 体系密度达到最大值1938kg/m3。


至此,骨料组成的几个关键参数就可以被确定,即:石屑和河砂按1∶1掺配;α=12%,β=52%;骨料的堆积密度为1938kg/m3。


2.2.2 水泥浆用量


用F、G、S、P分别表示粉煤灰、石子、河砂、石屑的用量,用Vv表示骨料的剩余空隙率,则有:

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考虑到拨开效应的影响,水泥浆体的用量要比骨料空隙略微富余,富余系数用n表示。用VP表示浆体用量,Vagg表示骨料用量,则有:

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用以上关系式即可确定水泥浆及各项骨料的用量,水泥和水的比例仍由混凝土的强度确定。


2.2.3 坍落度的调整及最终配比


坍落度的调整主要从两个方面进行:一是浆体用量或者富余系数n。n值的取值范围大致在1.1~1.4,增大n值就可以提高坍落度,但过高的n值会增大水泥用量,失去密级配的意义;二是通过增减减水剂的用量来调整坍落度。以减水剂的推荐掺量为初始掺量,视混凝土工作性的好坏决定是否增减外加剂,将坍落度调整到预期的范围。经过试验室试配,最终确定混凝土的配合比。设计的C20、C25、C30石屑密级配混凝土单位水泥用量及技术指标见表2,对比石屑普通混凝土的单位水泥用量及技术指标见表3。上述配合比在深圳某大型搅拌站使用一年多来,产品性能质量稳定。

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结论

石厂中大量废弃的石屑,在进行级配调整以后是可以加以利用的;在骨料配比上采用密级配的设计方案,可以最大限度地减少空隙率,大量节约水泥;石屑密级配混凝土由于采用石屑以及减少骨料空隙率带来的水泥节约,直接导致了混凝土成本的降低。与相同等级的普通商品混凝土比较,每方混凝土可节约成本10~20元,经济效益显著。


 

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