石屑對(duì)機(jī)制砂性能的影響研究

石屑對(duì)機(jī)制砂性能的影響研究

0河砂材料的研究長(zhǎng)期以來，中國(guó)的建筑材料主要是純河流砂。近年來，隨著基礎(chǔ)設(shè)施和城市化的加快，中國(guó)混凝土和砂漿的用量顯著增加，對(duì)建筑材料的砂需求顯著增加。但由于資源限制,河砂產(chǎn)量難以滿足使用要求,市場(chǎng)上河砂供應(yīng)日趨緊張,砂的質(zhì)量也逐年下降。天然河砂是不可再生資源,今后河砂資源只會(huì)越來越少,因此必須考慮采用其他材料代替河砂。在河砂替代材料方面,國(guó)內(nèi)外均進(jìn)行了大量研究,目前主要有3個(gè)途徑:一是采用海砂,但海砂必須進(jìn)行沖洗以降低氯離子含量,如果不采取措施而直接使用,會(huì)對(duì)建筑物的耐久壽命造成嚴(yán)重影響;而且海砂也是一種不可再生資源,從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮,仍需采用其他材料;二是采用人工砂,即采用巖石制砂,這是未來的一個(gè)主要途徑,但目前由于巖性和生產(chǎn)工藝的原因,人工砂的使用性能仍和河砂存在一定差異,而且價(jià)格較高;三是采用石屑,石屑是加工碎石的副產(chǎn)品,也可以看做一種人工砂。石屑是生產(chǎn)碎石過程中篩出的副產(chǎn)品,每加工100t的碎石,大約產(chǎn)生20~30t的石屑。它作為石場(chǎng)的廢棄物,既占用場(chǎng)地又污染環(huán)境,目前多用于道路填方,價(jià)格較低。將石屑用于混凝土中取代河砂具有較高的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。而對(duì)于石屑代砂制備混凝土,國(guó)內(nèi)已有較多研究,但其在實(shí)際工程中的應(yīng)用仍較少。究其原因,一個(gè)很重要的原因是對(duì)石屑性能的系統(tǒng)性研究不足,對(duì)石屑的質(zhì)量以及其對(duì)混凝土性能影響的規(guī)律掌握不足所致。為了使石屑得到充分應(yīng)用,廣東省航盛建設(shè)集團(tuán)有限公司和華南理工大學(xué)聯(lián)合開展了廣東省石屑調(diào)查和石屑混凝土的研究工作。本研究主要介紹石屑調(diào)查及石屑性能分析研究情況。1樣品與分析方法石屑調(diào)查主要由廣東省航盛建設(shè)集團(tuán)有限公司依托廣東省內(nèi)工程進(jìn)行,由其研發(fā)(檢測(cè))中心組織集團(tuán)各單位進(jìn)行了石屑取樣工作,共在廣東省內(nèi)清遠(yuǎn)、廣州、珠海、惠州、中山、江門、東莞、深圳、揭陽(yáng)等地17個(gè)石場(chǎng)抽取了24個(gè)樣品。對(duì)取回的石屑樣品,分別由廣東省航盛建設(shè)集團(tuán)有限公司研發(fā)(檢測(cè))中心和華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院土木工程系進(jìn)行了石屑性能分析。在此基礎(chǔ)上,提出了石屑的性能指標(biāo)。2樣品及樣品測(cè)定廣東省混凝土用碎石主要是花崗巖,而本次調(diào)研所取的石屑樣品均為花崗巖石屑。進(jìn)行的石屑性能分析包括表觀密度、松散堆積密度、孔隙率、顆粒級(jí)配和石粉含量等方面。2.1砂體材料的堆積密度采用JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法測(cè)定了石屑的表觀密度和松散堆積密度,并據(jù)此計(jì)算孔隙率,試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1數(shù)據(jù)分析可知,石屑表觀密度介于2560~2760kg/m3之間,平均值為2640kg/m3;松散堆積密度介于1387~1669kg/m3之間,平均值為1590kg/m3;孔隙率介于39.2%~48.0%之間,平均值為42.9%。不同石屑的表觀密度、堆積密度和孔隙率差異較大,這主要是不同石屑的原巖性能和采用不同破碎設(shè)備生產(chǎn)的石屑級(jí)配及顆粒形狀存在較大差異所致。在JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)上述性能無要求。在GB/T14684—2001《建筑用砂》中要求,砂表觀密度大于2500kg/m3,松散堆積密度大于1350kg/m3,孔隙率小于47%。上述石屑的表觀密度和堆積密度均滿足要求,只有1個(gè)石屑的孔隙率略大于規(guī)定值。這也表明,石屑的表觀密度、堆積密度和孔隙率指標(biāo)基本符合建筑用砂要求。2.2石屑及細(xì)石屑的顆粒級(jí)配石屑級(jí)配分析方法采用JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法,但試驗(yàn)前不篩除大于9.50mm的顆粒,在篩分時(shí)增加一個(gè)篩孔為9.50mm的篩。24個(gè)石屑樣品的篩分結(jié)果見表2。JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中要求,砂的級(jí)配區(qū)按0.60mm的累計(jì)篩余劃分為三個(gè)級(jí)配區(qū)。其中I區(qū)為71%~85%,II區(qū)為41%~70%,III區(qū)為16%~40%。由表2可見,石屑樣品中0.60mm的累計(jì)篩余介于46%~89%之間,少數(shù)位于I區(qū),大多數(shù)位于II區(qū)。即石屑中粗顆粒較多,這與現(xiàn)有機(jī)制砂的級(jí)配情況基本一致。JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中要求,大于4.75mm的顆粒含量應(yīng)在0~10%之間。由表2可見,9個(gè)石屑樣品中含有大于9.50mm的顆粒,但數(shù)量不大,一般不超過5%。但全部石屑都含有大于4.75mm的顆粒,且部分石屑樣品中大于4.75mm顆粒的含量較高,最高的達(dá)到59%。參考標(biāo)準(zhǔn)要求,結(jié)合表2中的石屑篩分?jǐn)?shù)據(jù),可以根據(jù)4.75mm的累計(jì)篩余把石屑分為3個(gè)類別:粗石屑(石屑中4.75mm累計(jì)篩余大于30%)、中石屑(石屑中4.75mm累計(jì)篩余為15%~30%)、細(xì)石屑(石屑中4.75mm累計(jì)篩余小于15%)。所取樣品中有4個(gè)屬于粗石屑,有7個(gè)屬于中石屑,有13個(gè)屬于細(xì)石屑,其中細(xì)石屑占多數(shù)。三類石屑的典型照片見圖1~3。由圖1可見,粗石屑中大于4.75mm的顆粒很多,易產(chǎn)生粗細(xì)顆粒分離現(xiàn)象,建議在石場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行篩分處理后使用,以提高其使用范圍。由圖2可見,中石屑中大于4.75mm的顆粒較多,質(zhì)量均勻性一般,可考慮用于中低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土。如扣除大于4.75mm后的顆粒級(jí)配符合要求,可考慮將大于4.75mm的部分代替5~10mm的石子,小于4.75mm的部分代替砂來使用。最好是石場(chǎng)對(duì)其進(jìn)行篩分處理再使用。由圖3可見,細(xì)石屑中大于4.75mm的顆粒較少,質(zhì)量均勻性較好,可考慮用于中高強(qiáng)度混凝土中。將13個(gè)細(xì)石屑樣品的顆粒級(jí)配與現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)中的級(jí)配進(jìn)行對(duì)比分析,見表3。由表1、3中可見,細(xì)石屑的顆粒級(jí)配與JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的差異較大,其中粗顆粒部分接近于I區(qū),而細(xì)顆粒部分接近于II區(qū),且含有較多小于0.15mm的顆粒。但細(xì)石屑的顆粒級(jí)配合比較接近DBJ52—55—2008《貴州省高速公路機(jī)制砂高強(qiáng)混凝土技術(shù)規(guī)程》中的混區(qū)。根據(jù)實(shí)際測(cè)定石屑級(jí)配范圍及平均值,提出了表3中的石屑級(jí)配區(qū)。細(xì)石屑級(jí)配曲線見圖4,將中石屑中大于4.75mm的部分扣除后的級(jí)配曲線見圖5。由圖4可見,細(xì)石屑均基本符合表3中提出的石屑級(jí)配區(qū),其中I區(qū)11個(gè),II區(qū)2個(gè)。由圖5可見,除10號(hào)樣品外,中石屑中小于4.75mm部分的顆粒級(jí)配也基本符合表3中提出的石屑級(jí)配區(qū),其中I區(qū)2個(gè),II區(qū)4個(gè)。由圖4、5可知,表3中提出的石屑顆粒級(jí)配區(qū)具有普遍意義。2.3顆粒石粉試驗(yàn)采用JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的方法測(cè)定了石屑中小于0.075mm的顆粒含量。此外,還測(cè)試了亞甲藍(lán)值,結(jié)果顯示有6個(gè)樣品的亞甲藍(lán)值大于1.4,考慮到石屑中小于0.075mm的顆粒含量通常較多,因此測(cè)定的亞甲藍(lán)值會(huì)偏高,且石屑是石場(chǎng)的副產(chǎn)品,其中含有大量泥土的幾率不大,故將石屑中小于0.075mm的顆粒均看作石粉。試驗(yàn)結(jié)果見圖6。由圖6數(shù)據(jù)分析可知,石屑中石粉含量范圍是4.7%~22.2%,平均為11.4%。石屑中石粉含量分布情況見表4。JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中要求,石粉含量不大于10%的人工砂可用于C25及以下等級(jí)的混凝土,石粉含量不大于7%的人工砂可用于C30至C55的混凝土,石粉含量不大于5%的人工砂可用于C60及以上的混凝土。由表4可見,有16個(gè)石屑的石粉含量大于10%。對(duì)于級(jí)配適宜配制混凝土的細(xì)石屑而言,13個(gè)樣品中有11個(gè)的石粉含量大于10%。如果按JGJ52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》的要求,則多數(shù)石屑不能用于混凝土。而實(shí)際上用石粉含量10%以上的石屑能配制出C80混凝土,即對(duì)于石屑而言,不宜照搬JGJ52—2006的要求。根據(jù)圖6中測(cè)定的細(xì)石屑中石粉含量情況,大多數(shù)細(xì)石屑中石粉含量為10~20%之間。參考現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,將石屑按石粉含量分為≤10.0%、≤15.0%、≤20.0%和大于20.0%4個(gè)等級(jí),并將石粉含量大于10%的石屑稱為高石粉含量石屑。3石屑級(jí)配區(qū)范圍(1)廣東省石屑主要是花崗巖石屑,石屑的表觀密度、松散堆積密度和孔隙率指標(biāo)基本符合建筑用砂要求。(2)石屑可根據(jù)4.75mm的累計(jì)篩余分為3個(gè)類別:粗石屑(石屑中4.75mm累計(jì)篩余大于30%)、中石屑(石屑中4.75mm累計(jì)篩余為15%~30%)、細(xì)石屑(石屑中4.75mm累計(jì)篩余小于15%)?？紤]到粗石屑和中石屑的均勻性較差,建議石場(chǎng)改進(jìn)生產(chǎn)工藝,對(duì)粗石屑和中石屑再