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破碎卵石在混凝土中的应用浅谈

信息来源:hunningtu.biz  时间:2008-10-07  浏览次数:218

  【摘要】建筑行业的飞速发展,混凝土用量增大,随之而来粗、细骨料过量开采从而导致环境破坏和开采石矿所带来的安全问题,江河开采卵石、砂后残留下废弃料形成一处处水下浅滩暗礁给江河航道造成不安全隐患等问题。引入破碎卵石应用于混凝土工程,是节约资源保护环境的一个很重的途径,并能产生巨大的社会效益和经济效益。【关键词】 破碎卵石 绿色建材 1、前言  混凝土是现代土木建筑工程中用量最大,用途最广的一种建筑材料,发挥着其它材料无法替代的功能和作用,其中碎石是混凝土中的重要组成部分。随着城市化建没进程步伐的加快,建筑行业的飞速发展,对建筑用石的需求量日益增加,然而由于岩石、卵石地理资源分布不均,导致部分地区碎石、卵石的短缺。由于山石过度开采对环境造成极大的破坏,开山爆破发生安全事故也时常发生。江河中、戈壁滩开采砂和可用于混凝土中的卵石所遗留下不符合要求的大块卵石等废弃料,随地排放于河床水中和戈壁滩地上,形成了一处处水下浅滩暗礁,给江河航道造成了及不安全隐患,甚至阻断航道,同时也浪费了有限而宝贵的自然资源。国家和各地地方政府,每年都花上大量的人力和财力来疏通清理河道。如长江中上游,黄河上游,以及各多山区省份内河等,均有不同程度由于开采河道砂、卵石后的废弃料残留堆积于河床的水下。因此在江河中开采砂、卵石制定必须清理残留废弃物的利用法规很有必要(浙江省丽水地区所属欧江水道己有规定,所有经批准的采砂、卵石均不得排放废弃物于河道中,必须按采集深度、河床宽度规定开采,以保障河道航道安全和防讯安全)。  台州地区的建筑业飞速发展,作为建筑工程主要工程材料混凝土也随之广泛用于工程,我公司于2003年初开始研制将临海河道中大量卵石堆积物采用破碎筛选后作为混凝土粗骨料,这也是台州地区首家采用将卵石破碎后用于商品混凝土中作为粗骨料的企业,不仅清理了河道中的大量堆积物,让河道变得通畅无阻,减少了大量人力和物力防洪投资,为防洪工作作出了不可忽视的贡献,也为该地区环保贡献了一份力量。而且破碎卵石集有卵石和人工碎石双重优点,既提高了混凝土的各项物理指标,改善了泵送混凝土易收缩而出现裂缝特性,提高抗裂性能,同时又取得了良好的技术、经济及社会效益。可称“绿色环保建材”。  本文主要通过试验和工程中实践应用,在相同等级水胶比不变的情况下,对三种不同粗集料各项性能的比较,从而取代传统碎石或卵石的可行性配制,并广泛用于工程。 2、试验用原材料及主要性能  2.1、水泥:海螺52.5级硅酸盐水泥28d强度61.7MPa,抗折28d强度8.7MPa。  2.2、掺合料:采用安徽朱家桥S95矿粉和台州发电厂Ⅱ粉煤灰。  2.3、细集料:福建中砂和台州三门中砂(福建中砂细度模数2.67,宁波淡化砂细度模数2.8)  2.4、减水剂:采用台州市鲁班建筑特种工程有限生产的LJ-202高效减水剂。  2.5、粗集料:采用临海吉兴生产反击式人工碎卵石、椒江人工碎石和临海天然卵石。其各性能指标(见列表1):表1              碎石、卵石各项性能指标项目参数名称表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)紧密密度(kg/m3)压碎指标(%)针片状含量(%)含泥量(%)吸水率(%)破碎卵石(5~31.5)2620148516057.42.80.62.34人工碎石(5~31.5)2635149516248.910.30.461.56天然卵石(5~40 )2615146715558.43.20.532.273、试配方案及混凝土性能  3.1试配方案  本次试配以2003年生产用泵送混凝土系列配合比作基准配合比(该配合比以临海3~31.5卵石为粗骨料,含泥量<2%、压碎指标和针片状含量均符合标准。宁波淡化砂:细度模数Mx=2.4~2.9, 含泥量<2.5%其它指标均符合标准,贝壳含量<4%=,在相同等级水胶比不变的情况下,对三种不同粗集料各项物理性能和力学性能的比较。  3.2.材料用量(见表2)表2             C10——C55材料用量 等级及项目合比(重量Kg/m3)备注水:水泥粉煤灰矿粉砂:石外加剂C10C101190110180---67011453.9C102190110180----67011453.9C103190110180---73010803.9Cn┊Cn┊┊┊┊┊┊┊┊C55C551190330459059011258.5C552190330459059011258.5C553190330459064510708.53.3.物理性能及力学性能   强度是混凝土的一项重要力学性能指标,破碎卵石配制的混凝土强度高低直接影响破碎卵石在混凝土工程中的应用,因而我公司以生产用C10~C55系列配合比,对三种石子在混凝土中的物理性能和力学性能作对比试验(见列表3)。表3          混凝土物理性能及力学性能等级及项目(MPa)坍落度(mm)性能评价各龄期强度(MPa)7d28d90d180dC10C101153差9.816.023.226.4C102168差7.214.820.623.9C103155差10.216.224.126.5C15C151150一般12.418.826.530.2C152158一般10.917.224.528.4C153155差12.818.428.430.0C20C201175好15.622.529.934.8C202178好15.121.527.131.9C203170一般15.823.632.134.9C25C251160优21.729.834.438.7C252155优19.928.433.535.8C253172好22.429.835.837.9C30C301177优23.835.041.846.3C302170优22.334.139.844.1C303172好23.936.443.646.9C35C351180优30.842.548.653.6C352178优28.440.046.352.4C353178好31.743.750.151.3C40C401182优33.345.252.459.2C402185优30.443.650.657.6C403176优34.646.954.656.1C45C451168优38.651.154.662.3C452170优37.750.151.460.4C453175优38.951.755.963.1C50C501162优42.356.562.566.1C502168优40.553.760.864.2C503157优42.157.164.566.0C55C551156优44.662.068.572.8C552150优43.659.865.769.5C553150优44.863.570.372.9注:强度等级后下标1表示采用破碎卵石作粗骨料;下标2表示卵石作粗骨料;下标3表示采用人工碎石作粗骨料;以上掺用破碎卵石的所有配方与人工碎石相对比均提高石子含量6~8%。其物理性能仍然优于人工碎石拌制的混凝土。 3.4、三种石子的同龄期强度曲线图组对比分析如下:图表 1 7天强度对比曲线图图表 2 28天强度对比曲线图图表 3 90天强度对比曲线图图表 4 180天强度对比曲线图四、试验结果分析:  1.破碎卵石对混凝土物理性能的影响:  在泵送混凝土拌合物中,往往由于粗骨料不符合连续粒级,或者水胶比选用不准确等问题,使骨料和砂浆分布不均匀或者离析,出现可泵性差或是难以泵送等现象。 由于破碎卵石具有卵石的形貌特性,表面棱角相对比碎石少得多,颗粒级配好,因此配合比在确保可泵性前提下尽量提高每立方米的粗骨料掺量等方面作了大量试验。破碎卵石比用碎石拌制的混凝土,每立方米提高石子含量6~8%,降低了砂率,这样既降低成本,同时又减少了商品混凝土在浇筑后产生裂缝现象。根据系列试配的性能结果看,破碎卵石混凝土(每立方米重量相同时)的和易性明显优于人工碎石配制的混凝土。混凝土在搅拌和泵送过程中与搅拌机、泵、泵管摩擦阻力减小,不易堵管、易于泵送,减少设备磨损,延长了设备使用寿命。  2.混凝土裂缝产生的机理及掺破碎卵石作为粗骨料的作用:  泵送混凝土的大坍落度是产生裂缝较多的重要原因之一,由于浇注成型后,拌合物中的粗骨料在自重作用下缓慢下沉(特别在施工过程中采用振动迫浆的情况下),水和浆体上升,当粗骨料在下沉过程中受到钢筋等阻挡使钢筋上部混凝土产生拉应力,由这种沉降收缩产生的拉应力大于混凝土的初始抗拉应力时,混凝土就产生裂缝。另外,由于外加剂、水在混凝土中不断迁移,这样在浆体中形成一系列复杂的凹面,形成毛细孔压力,随着水分迁移,固体颗粒逐渐靠近,毛细孔也随之逐渐变细及毛细孔压力的增大,从而加快混凝土内部水份向外迁移,因外界的温度、风速及干燥程度等因素的影响,外部很快变硬而内部还未硬化,这样表面和内部未硬化的混凝土之间就存在一硬化梯度层,从而制约了内部变形,内部混凝土变形也拉动了硬化层的变形,由于未硬化的混凝土变形快,当达到一定程度,表层硬壳就被拉裂,这就是我们所说的塑性收缩,当然还有碳化收缩、、温度收缩、自收缩(干缩)等。  用人工碎石拌制的泵送混凝土石子含量一般在45%~48%之间,这样的混凝土往往细骨料含量高,容易出现粗骨料分布不均匀。又因为混凝土中石子含量低,石子之间的分布间距大,浇筑振捣时石子因自重大而下沉,混凝土表面就出现缺少石子或全砂浆现象,这样就增大了混凝土自身收缩变形。为尽量减少收缩导致裂缝,我们采取改变混凝土内部成分的均匀度。由于破碎卵石级配合理、颗粒形状好,针片状少,粗骨料之间的充填性好,掺量可达到50%~54%之间。这样粗骨料在混凝土中分布均匀,减小了粗骨之间的间距,降低了混凝土本身的沉降收缩和自收缩。自2003年以来由我公司供应的预拌混凝土,浇筑地下室基础底板、剪力墙板以楼层面板等结构,裂缝得到了有效控制,混凝土的抗渗性能得到了提高,继而混凝土的耐久性也相应地得到提高。如近年来由我公司供应的预拌混凝土的市区级重点工程有;、君悦大厦、台州国际饭店、景元国家示范小区、地税综合搂、高速公路大厦、蛇头山水厂六万吨反应.沉淀.清永池、市体育中心主体工程、方远大厦、等数十项工程都得到施工单位及市区建筑工程质量监督站认可和好评。改变以前经常发生的商品混凝土裂缝多的情况,并有多项工程获得多种奖项。  3.破碎卵石对混凝土抗压强度的作用:  抗压强度是混凝土力学性能的主要指标,根据强度数据表明,掺卵石系列配合比的7天、28天强度均比碎石和碎卵石的要底0.5MPa~2.5MPa之间,在90天、180天强度均底1.5MPa~3.5MPa,而破碎卵石在前期强度要比碎石低0.5MPa~1.5MPa,但是比卵石高1.0MPa~2.5Mpa,而后期破碎卵石和碎石混凝土抗压强度基本接近。原因是破碎卵石吸水率大于碎石,起到内蓄水作用,由于后期破碎卵石内蓄水缓慢的释放,保证了混凝土后期水化过程中所需的水份。所以用破碎卵石配制混凝土后期强度增长快。  由数据表明:采用破碎卵石的混凝土在前期虽然强度略比碎石低,但后期强度发展趋势优于碎石,同时在综合性能及成本也明显优优于碎石。五、结论  经过大量试验和工程应用、使用破碎卵石不但是合理利用宝贵的资源,保护了环境,而且比人工碎石有如下优点:  .1疏通航道中的废弃物,破碎卵石属绿色环保建材  2 降低了混凝土成本。  3抗干缩性能和抗裂性明显提高,继而提高了混凝土抗渗性能和耐久性。  4 混凝土易于泵送:混凝土在生产和泵送过程中与搅拌机、泵、泵管摩擦阻力减小,不易堵管、易于泵送,且减少设备磨损,延长了设备使用寿命、  在卵石形成过程中,由于全国地质环境不一,卵石颗粒形成石材源也不尽相同,有花岗岩、石灰岩、凝灰岩等等,其中经风化而形成的岩石颗粒成份占有一定的比例,因此破碎卵石在经过反击式机器破碎的冲击,将风化石等软颗粒基本上被粉碎成砂及粉尘,经筛除后大大减少了石子风化软颗粒。  【摘要】建筑行业的飞速发展,混凝土用量增大,随之而来粗、细骨料过量开采从而导致环境破坏和开采石矿所带来的安全问题,江河开采卵石、砂后残留下废弃料形成一处处水下浅滩暗礁给江河航道造成不安全隐患等问题。引入破碎卵石应用于混凝土工程,是节约资源保护环境的一个很重的途径,并能产生巨大的社会效益和经济效益。【关键词】 破碎卵石 绿色建材 1、前言  混凝土是现代土木建筑工程中用量最大,用途最广的一种建筑材料,发挥着其它材料无法替代的功能和作用,其中碎石是混凝土中的重要组成部分。随着城市化建没进程步伐的加快,建筑行业的飞速发展,对建筑用石的需求量日益增加,然而由于岩石、卵石地理资源分布不均,导致部分地区碎石、卵石的短缺。由于山石过度开采对环境造成极大的破坏,开山爆破发生安全事故也时常发生。江河中、戈壁滩开采砂和可用于混凝土中的卵石所遗留下不符合要求的大块卵石等废弃料,随地排放于河床水中和戈壁滩地上,形成了一处处水下浅滩暗礁,给江河航道造成了及不安全隐患,甚至阻断航道,同时也浪费了有限而宝贵的自然资源。国家和各地地方政府,每年都花上大量的人力和财力来疏通清理河道。如长江中上游,黄河上游,以及各多山区省份内河等,均有不同程度由于开采河道砂、卵石后的废弃料残留堆积于河床的水下。因此在江河中开采砂、卵石制定必须清理残留废弃物的利用法规很有必要(浙江省丽水地区所属欧江水道己有规定,所有经批准的采砂、卵石均不得排放废弃物于河道中,必须按采集深度、河床宽度规定开采,以保障河道航道安全和防讯安全)。  台州地区的建筑业飞速发展,作为建筑工程主要工程材料混凝土也随之广泛用于工程,我公司于2003年初开始研制将临海河道中大量卵石堆积物采用破碎筛选后作为混凝土粗骨料,这也是台州地区首家采用将卵石破碎后用于商品混凝土中作为粗骨料的企业,不仅清理了河道中的大量堆积物,让河道变得通畅无阻,减少了大量人力和物力防洪投资,为防洪工作作出了不可忽视的贡献,也为该地区环保贡献了一份力量。而且破碎卵石集有卵石和人工碎石双重优点,既提高了混凝土的各项物理指标,改善了泵送混凝土易收缩而出现裂缝特性,提高抗裂性能,同时又取得了良好的技术、经济及社会效益。可称“绿色环保建材”。  本文主要通过试验和工程中实践应用,在相同等级水胶比不变的情况下,对三种不同粗集料各项性能的比较,从而取代传统碎石或卵石的可行性配制,并广泛用于工程。 2、试验用原材料及主要性能  2.1、水泥:海螺52.5级硅酸盐水泥28d强度61.7MPa,抗折28d强度8.7MPa。  2.2、掺合料:采用安徽朱家桥S95矿粉和台州发电厂Ⅱ粉煤灰。  2.3、细集料:福建中砂和台州三门中砂(福建中砂细度模数2.67,宁波淡化砂细度模数2.8)  2.4、减水剂:采用台州市鲁班建筑特种工程有限生产的LJ-202高效减水剂。  2.5、粗集料:采用临海吉兴生产反击式人工碎卵石、椒江人工碎石和临海天然卵石。其各性能指标(见列表1):表1              碎石、卵石各项性能指标项目参数名称表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)紧密密度(kg/m3)压碎指标(%)针片状含量(%)含泥量(%)吸水率(%)破碎卵石(5~31.5)2620148516057.42.80.62.34人工碎石(5~31.5)2635149516248.910.30.461.56天然卵石(5~40 )2615146715558.43.20.532.273、试配方案及混凝土性能  3.1试配方案  本次试配以2003年生产用泵送混凝土系列配合比作基准配合比(该配合比以临海3~31.5卵石为粗骨料,含泥量<2%、压碎指标和针片状含量均符合标准。宁波淡化砂:细度模数Mx=2.4~2.9, 含泥量<2.5%其它指标均符合标准,贝壳含量<4%=,在相同等级水胶比不变的情况下,对三种不同粗集料各项物理性能和力学性能的比较。  3.2.材料用量(见表2)表2             C10——C55材料用量 等级及项目合比(重量Kg/m3)备注水:水泥粉煤灰矿粉砂:石外加剂C10C101190110180---67011453.9C102190110180----67011453.9C103190110180---73010803.9Cn┊Cn┊┊┊┊┊┊┊┊C55C551190330459059011258.5C552190330459059011258.5C553190330459064510708.53.3.物理性能及力学性能   强度是混凝土的一项重要力学性能指标,破碎卵石配制的混凝土强度高低直接影响破碎卵石在混凝土工程中的应用,因而我公司以生产用C10~C55系列配合比,对三种石子在混凝土中的物理性能和力学性能作对比试验(见列表3)。表3          混凝土物理性能及力学性能等级及项目(MPa)坍落度(mm)性能评价各龄期强度(MPa)7d28d90d180dC10C101153差9.816.023.226.4C102168差7.214.820.623.9C103155差10.216.224.126.5C15C151150一般12.418.826.530.2C152158一般10.917.224.528.4C153155差12.818.428.430.0C20C201175好15.622.529.934.8C202178好15.121.527.131.9C203170一般15.823.632.134.9C25C251160优21.729.834.438.7C252155优19.928.433.535.8C253172好22.429.835.837.9C30C301177优23.835.041.846.3C302170优22.334.139.844.1C303172好23.936.443.646.9C35C351180优30.842.548.653.6C352178优28.440.046.352.4C353178好31.743.750.151.3C40C401182优33.345.252.459.2C402185优30.443.650.657.6C403176优34.646.954.656.1C45C451168优38.651.154.662.3C452170优37.750.151.460.4C453175优38.951.755.963.1C50C501162优42.356.562.566.1C502168优40.553.760.864.2C503157优42.157.164.566.0C55C551156优44.662.068.572.8C552150优43.659.865.769.5C553150优44.863.570.372.9注:强度等级后下标1表示采用破碎卵石作粗骨料;下标2表示卵石作粗骨料;下标3表示采用人工碎石作粗骨料;以上掺用破碎卵石的所有配方与人工碎石相对比均提高石子含量6~8%。其物理性能仍然优于人工碎石拌制的混凝土。 3.4、三种石子的同龄期强度曲线图组对比分析如下:图表 1 7天强度对比曲线图图表 2 28天强度对比曲线图图表 3 90天强度对比曲线图图表 4 180天强度对比曲线图四、试验结果分析:  1.破碎卵石对混凝土物理性能的影响:  在泵送混凝土拌合物中,往往由于粗骨料不符合连续粒级,或者水胶比选用不准确等问题,使骨料和砂浆分布不均匀或者离析,出现可泵性差或是难以泵送等现象。 由于破碎卵石具有卵石的形貌特性,表面棱角相对比碎石少得多,颗粒级配好,因此配合比在确保可泵性前提下尽量提高每立方米的粗骨料掺量等方面作了大量试验。破碎卵石比用碎石拌制的混凝土,每立方米提高石子含量6~8%,降低了砂率,这样既降低成本,同时又减少了商品混凝土在浇筑后产生裂缝现象。根据系列试配的性能结果看,破碎卵石混凝土(每立方米重量相同时)的和易性明显优于人工碎石配制的混凝土。混凝土在搅拌和泵送过程中与搅拌机、泵、泵管摩擦阻力减小,不易堵管、易于泵送,减少设备磨损,延长了设备使用寿命。  2.混凝土裂缝产生的机理及掺破碎卵石作为粗骨料的作用:  泵送混凝土的大坍落度是产生裂缝较多的重要原因之一,由于浇注成型后,拌合物中的粗骨料在自重作用下缓慢下沉(特别在施工过程中采用振动迫浆的情况下),水和浆体上升,当粗骨料在下沉过程中受到钢筋等阻挡使钢筋上部混凝土产生拉应力,由这种沉降收缩产生的拉应力大于混凝土的初始抗拉应力时,混凝土就产生裂缝。另外,由于外加剂、水在混凝土中不断迁移,这样在浆体中形成一系列复杂的凹面,形成毛细孔压力,随着水分迁移,固体颗粒逐渐靠近,毛细孔也随之逐渐变细及毛细孔压力的增大,从而加快混凝土内部水份向外迁移,因外界的温度、风速及干燥程度等因素的影响,外部很快变硬而内部还未硬化,这样表面和内部未硬化的混凝土之间就存在一硬化梯度层,从而制约了内部变形,内部混凝土变形也拉动了硬化层的变形,由于未硬化的混凝土变形快,当达到一定程度,表层硬壳就被拉裂,这就是我们所说的塑性收缩,当然还有碳化收缩、、温度收缩、自收缩(干缩)等。  用人工碎石拌制的泵送混凝土石子含量一般在45%~48%之间,这样的混凝土往往细骨料含量高,容易出现粗骨料分布不均匀。又因为混凝土中石子含量低,石子之间的分布间距大,浇筑振捣时石子因自重大而下沉,混凝土表面就出现缺少石子或全砂浆现象,这样就增大了混凝土自身收缩变形。为尽量减少收缩导致裂缝,我们采取改变混凝土内部成分的均匀度。由于破碎卵石级配合理、颗粒形状好,针片状少,粗骨料之间的充填性好,掺量可达到50%~54%之间。这样粗骨料在混凝土中分布均匀,减小了粗骨之间的间距,降低了混凝土本身的沉降收缩和自收缩。自2003年以来由我公司供应的预拌混凝土,浇筑地下室基础底板、剪力墙板以楼层面板等结构,裂缝得到了有效控制,混凝土的抗渗性能得到了提高,继而混凝土的耐久性也相应地得到提高。如近年来由我公司供应的预拌混凝土的市区级重点工程有;、君悦大厦、台州国际饭店、景元国家示范小区、地税综合搂、高速公路大厦、蛇头山水厂六万吨反应.沉淀.清永池、市体育中心主体工程、方远大厦、等数十项工程都得到施工单位及市区建筑工程质量监督站认可和好评。改变以前经常发生的商品混凝土裂缝多的情况,并有多项工程获得多种奖项。  3.破碎卵石对混凝土抗压强度的作用:  抗压强度是混凝土力学性能的主要指标,根据强度数据表明,掺卵石系列配合比的7天、28天强度均比碎石和碎卵石的要底0.5MPa~2.5MPa之间,在90天、180天强度均底1.5MPa~3.5MPa,而破碎卵石在前期强度要比碎石低0.5MPa~1.5MPa,但是比卵石高1.0MPa~2.5Mpa,而后期破碎卵石和碎石混凝土抗压强度基本接近。原因是破碎卵石吸水率大于碎石,起到内蓄水作用,由于后期破碎卵石内蓄水缓慢的释放,保证了混凝土后期水化过程中所需的水份。所以用破碎卵石配制混凝土后期强度增长快。  由数据表明:采用破碎卵石的混凝土在前期虽然强度略比碎石低,但后期强度发展趋势优于碎石,同时在综合性能及成本也明显优优于碎石。五、结论  经过大量试验和工程应用、使用破碎卵石不但是合理利用宝贵的资源,保护了环境,而且比人工碎石有如下优点:  .1疏通航道中的废弃物,破碎卵石属绿色环保建材  2 降低了混凝土成本。  3抗干缩性能和抗裂性明显提高,继而提高了混凝土抗渗性能和耐久性。  4 混凝土易于泵送:混凝土在生产和泵送过程中与搅拌机、泵、泵管摩擦阻力减小,不易堵管、易于泵送,且减少设备磨损,延长了设备使用寿命、  在卵石形成过程中,由于全国地质环境不一,卵石颗粒形成石材源也不尽相同,有花岗岩、石灰岩、凝灰岩等等,其中经风化而形成的岩石颗粒成份占有一定的比例,因此破碎卵石在经过反击式机器破碎的冲击,将风化石等软颗粒基本上被粉碎成砂及粉尘,经筛除后大大减少了石子风化软颗粒。

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