摘要:通過優選高效減水劑和配合比，改善石屑代砂混凝土需水量大和坍落度經時損失大的缺點，使其適應商品化生產，并對石屑代砂混凝土的力學性能、抗滲性能及收縮進行了測試，證明石屑代砂應用于商品混凝土是可行的。
關鍵詞:混凝土石屑混凝土泵送混凝土
以前對石屑混凝土的使用和研究，主要集中在云南、貴州等河砂資源缺乏地區，近年來，深圳市隨著商品混凝土的大面積應用，混凝土的用量迅猛增大，混凝土各種原材料用量也劇增。由于深圳地區淡水砂資源緊缺，商品混凝土市場淡水砂貨源不足的情況時有發生。一些采自江河近海地段的砂也開始流人市場。這些砂含有較高的Cl-，用于鋼筋混凝土，將會造成混凝土耐久性方面的隱患。而石屑作為石場生產碎石的副產品，大多被作為廢料丟棄，甚至還要為此付出一定的費用。以我公司下屬一攪拌站自用石場為例，年生產碎石約60萬t，由此生成石屑約10萬t，如此大量的石屑不僅沒有被利用，還要付出不菲的處理費用。
2000 年 ，香港西部鐵路預制構件供應商希望我們能為其供應以石屑代砂的C50商品混凝土，用于制造西部鐵路的隧道拱圈，并稱香港西部鐵路公司允許這些構件使用石屑代砂混凝土(簡稱石屑混凝土)，其理由是通常石屑中Cl一含量很低，對鋼筋混凝土的耐久性有利，同時還可以節約自然資源。這給了我們極大的震動，促進了我們開展石屑混凝土的試驗研究，并經過大量的試配試驗，成功完成了該混凝土的供應任務。這次生產初步積累了研究資料，增強了將石屑混凝土商品化的信心。
實現石屑混凝土商品化，在技術上存在較大困難，原因之一是石屑的粒形差不如砂規整，影響混凝土的工作性;二是石屑中含有較多石粉，石粉的吸水率較高，比表面積較大，會吸附較多的水泥漿體，宏觀表現為混凝土需水量偏大且坍落度經時損失較大。香港西部鐵路預制隧道拱圈的C50石屑混凝土，因其為預制生產工藝，要求的混凝土坍落度較小，所以實際操作起來并不算太困難，但如今泵送混凝土已經成為商品混凝土的主流，如果要真正意義上實現石屑混凝土商品化，首先要解決石屑混凝土的工作性，特別是可泵性難題。
1 試驗用原材料
1.1 水泥
試驗采用海星小野田P.I 52.5水泥，f-,2: 二58.2M Pa，比表面積380M 2/k g，標準稠度用水量26.2%。
1.2 石屑
試驗石屑為花崗巖質石屑，表觀密度265 0k g/m3,堆積密度15 30k g/m3，小于0.08 m m的顆粒含量為7.8%，細度模數2.8 ,Cl 一含量為0.0004%，其顆粒組成見表１。
1.3 碎石
試驗用碎石為花崗巖質碎石，5一25m m連續級配，表觀密度2 650 kg/m3，緊密密度1 500 kg/ m'"
1.4 粉煤灰
試驗采用東莞虎門沙角電廠產I級粉煤灰。
1.5 混凝土減水劑
試驗采用深圳海普清華公司產HIP一A1000型高效減水劑，含固量20%，主要成份為蔡系減水劑，復合部份氨基磺酸系減水劑。
2 混凝土配合比優選及試驗結果分析
2.1 混凝土配合比優選
由于石屑混凝土實現商品化的真正難點在于實現大流動性、高工作性且坍落度經時損失小，所以本試驗研究以泵送混凝土目標為主，兼顧小坍落度混凝土。
由于所用石屑小于0.08 m m的顆粒含量較大，達到7.8%，要從石屑中篩除這部份細小顆粒不僅困難，而且費錢，這將影響到石屑混凝土商品化的經濟可行性。如果不能篩除這部份細顆粒，將對混凝土的工作性有較大影響，主要體現在混凝土需水量增大，同時坍落度經時損失增大。考慮到篩除這些細顆粒較困難，我們確定了優選高性能混凝土減水劑解決工作性問題的路線。通過大量試拌，同時兼顧經濟性比較，我們選擇了深圳海普清華公司產HIP一A1000高效減水劑，該減水劑復合了部份氨基磺酸系減水劑成份，其增大減水率和降低混凝土坍落度經時損失性能較好，且成本與純蔡系高效減水劑比較增加不多。經優選試驗確定的C20一C50石屑混凝土配合比及拌合物性能見表2。
從表2 可以看出，通過選用合適的高效減水劑，石屑混凝土的坍落度經時損失可以控制在商品混凝土生產允許水平。從實際生產情況看，各強度等級石屑混凝土拌合物工作性均較好，而且石屑泵送混凝土泌水少，可泵性良好，這主要是由于深圳地區使用的天然砂小于0.31 5m m的細顆粒含量往往偏少，泵送混凝土泌水較大，而石屑中含有較多的細顆粒正好彌補了這一缺點。實際生產也證明石屑混凝土拌合物密度與同強度等級的河砂混凝土差別不大。
2.2 力學性能試驗及結果分析
采用表2配合比制作的標準養護試件混凝土立方體抗壓強度、軸心抗壓強度及彈性模量試驗結果見表3。
從各強度等級石屑混凝土的立方體抗壓強度試驗結果看，用石屑配制C20一C50強度等級的商品混凝土能達到規范要求;從石屑混凝土的軸心抗壓強度的試驗結果看，各強度等級石屑混凝土28 d軸心抗壓強度與28 d立方體抗壓強度的比值均大于《混凝土結構設計規范》的采用值0.76，其平均值為0.79,且比值穩定，這說明石屑混凝土立方體抗壓強度對應的軸心抗壓強度是安全的;從表3還可以看出，各強度等級石屑混凝土的彈性模量也達到了《混凝土結構設計規范》中混凝土結構設計采用的彈性模量。
2.3 混凝土抗滲性能
由于商品混凝土經常有抗滲性能要求，我們還對表3中部份石屑混凝土的抗滲性能作了測試，結果見表4。
從表4試驗結果可以發現，石屑混凝土具有優良的抗滲性能。石屑中含有較多的細顆粒，填充于混凝土內部孔隙，顯然是改善混凝土內部孔隙結構，使其更致密，從而提高抗滲性能的重要原因。石屑混凝土優良的抗滲透性能也在一定程度上表明其具有良好的耐久性。
2.4 混凝土收縮
為檢驗石屑中所含石粉對混凝土收縮性能的影響，從表2中選取試驗編號為02(C25)、05(C35)和09(C50)三個強度等級的混凝土測定石屑混凝土的收縮變形，并與相同強度等級及工作性能的河砂混凝土配合比作比較，見表5。
表5中河砂混凝土采用的河砂為I區中砂，細度模數2.8，減水劑為蔡系高效減水劑，含固量為20%。從對比用的河砂混凝土配合比看，相同強度等級河砂混凝土的W/ B較石屑混凝土的W/ B略小，這意味著相同W/ B時，石屑混凝土的強度較河砂混凝土強度略高。初步分析有兩個原因:一是石屑的表面往往較粗糙，并帶有棱角，使石屑與漿體的機械咬合力增強;二是由于石屑的吸水率較河砂大，使得混凝土內有效W/B降低，特別是降低了石屑與漿體結合界面的W/B，改善了界面結構。相對而言，后一種因素起了決定性作用。
收縮試驗室的環境溫度為(2012)9C，由于試驗條件的限制，本試驗實測的空氣相對濕度平均值為73%，無法達到標準試驗方法要求的相對濕度。由于相對濕度對測量結果影響較大，因而對比試驗只進行了60 d。為了盡可能地使測量更準確，試驗中將每一個試件對應一臺收縮測定儀，且試件一直安裝在收縮測定儀上，直至測量結束，測量結果見圖1。
從圖1可 以看出，相同環境條件下同強度等級的石屑混凝土收縮比河砂混凝土要大一些，這可能是同強度等級石屑混凝土單方用水量要比河砂混凝土大，其中部份水是被石屑吸收，這部份水的蒸發會增大混凝土收縮;另外一個原因可能是石屑中細顆粒的堅固性較河砂差，從而影響了混凝土收縮。總體看來中低強度等級的石屑混凝土收縮較同強度等級的河砂混凝土增加不是很明顯，而石屑C50混凝土收縮較中低強度等級的混凝土明顯偏高，所以在配制較高強度等級石屑混凝土時應進一步研究改善收縮性能的方法和措施。
3 經濟性比較
石屑混凝土除了應該具有環保方面的積極意義外，還希望它可以降低混凝土經濟成本。下面采用上述三個有代表性的河砂配合比與石屑混凝土經濟成本作一比較。比較用材料價格為水泥340元/t、粉煤灰105元/t、淡水河砂45元/t、石屑(不需費用)、碎石30元/t,HIP一A1000為1650元/t、純蔡系高效減水劑1 400元/t，水1.2元/t，比較結果見表6。
從表6可以看出:石屑混凝土的原材料成本較河砂混凝土低，對于相同的強度等級和工作性要求，石屑混凝土比河砂混凝土要低約31元/m3(三個強度等級平均值)。在計算混凝土原材料成本時，我們選取的是正常情況下的河砂價格，在河砂緊缺時其價格可以達到正常情況時的兩倍，隨著人們對江河環境保護意識的增強，未來河砂開采必然會逐漸受到更多的限制，其價格也必然會逐步走高，因此采用石屑配制混凝土的經濟優勢及環保優勢將更加明顯。
4 結語
通過高效減水劑和配合比優選在目前條件下可以配制出工作性好、坍落度經時損失小等要求的石屑代砂商品混凝土。石屑代砂混凝土的力學性能可以滿足《混凝土結構設計規范》要求，具有優良抗滲性能，能夠保證建筑結構物的安全要求。由于石屑中C1一含量通常很低，對鋼筋混凝土結構的耐久性能也是很有益的。高強度等級石屑混凝土的收縮較河砂混凝土偏高，這要在石屑質量上加以控制，避免石粉含量過高，施工時也要加強混凝土養護工作。高強度等級石屑混凝土收縮較大的機理需要從原材料、配合比以及混凝土微觀結構等方面進一步研究，得出其規律性，從而盡可能地改善石屑混凝土的收縮性能。
本次試驗研究表明，石屑混凝土實現商品化是可行的，以石屑代砂生產商品混凝土，不僅可以節約自然資源和保護生態環境，而且可以顯著降低混凝土生產成本，節約社會財富。相關的主管部門如果能組織專家及科研單位對此進行科研論證，對石屑的質量要求標準化并加以推廣，則將是混凝土行業的幸事，也是我們國家環保事業的幸事。
參考文獻
1 洪錦祥，等.石灰石石屑混凝土力學性能研究.混凝土與水泥制品 ，2002(4)
2 雍本.特種混凝土設計與施工
