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文章摘要：
石屑代砂配制C50香港预制件商品混凝土
陈清志，崔冕昌
（深圳中铁二局工程有限公司，深圳，518051）
[摘 要]总结了用石屑代替河砂配制香港西部铁路预制件工程C50商品混凝土的过程及试验研究情况，并对混凝土实际生产应用效果和推广应用价值作简要介绍和说明。
[关键词]石屑；商品混凝土；香港预制件；配合比设计
1 前言
随着我国各地基建规模的日益增加，许多河砂资源较贫乏的地区混凝土用砂日渐紧张。上海等地2001年曾从邻省调运河砂用于生产混凝土，使得河砂价格涨至100元/m3以上。深圳地区去年也曾因珠江河限制挖河使得许多商品混凝土供应商用现金高价抢砂，导致混凝土供应极不麻文网0(muchtext.com)
文章内容：
正常。然而，作为碎石生产的副产品——石屑却一直未能被商品混凝土公司所重视和利用。调查表明，深圳地区各石场在碎石生产过程中，每吨碎石产生15%左右的石屑，这些石屑除部份作为道路基层材料加以利用外，还有相当部份被遗弃或填埋。因此，用石屑代替河砂配制混凝土，具有较高的推广应用价值。
2000年3月，公司合资的商品混凝土公司（港创建材有限公司）承接了深圳越捷公司委托的香港西部铁路工程预制件混凝土的供应任务。根据港方的技术合同，该混凝土的主要技术要求如下：设计强度等级为C50，16小时强度不小于15MPa，28天平均抗压强度值不得小于60MPa，要求坍落度为100mm，混凝土每方水泥用量与粉煤灰用量之和不得大于550kg，粉煤灰掺量不得小于25%，配制混凝土所用各类原材料的性能指标必须满足合同规定的英国或香港标准，细骨料用河砂或石屑均可，但使用河砂时须每月送材料到香港进行一次碱骨料反应测试和河砂CL-含量检验。考虑港方对使用河砂的质量要求较高，河砂来源难以保证，且生产中各类测试费用较高，故公司决定选用石屑配制该预制件混凝土。笔者所在单位经过近五个月的试验研究，成功配制出各项性能满足港方设计要求的混凝土并用于该预制件工程，取得了较好的社会及经济效益。
2 原材料的选取
2.1 水泥及外加剂
配制混凝土前，港方要求用广西柳州水泥厂“鱼峰”牌、烟台水泥厂“三菱”牌、
珠江水泥厂“粤秀”牌等三个在香港有准用资格的525#波特兰水泥（对应国标为525#硅酸盐水泥）进行配制。用这三类水泥与公司选用的FAC-6、MNF-2、KFDN-100三个早强高效减水剂设计不同配合比进行正交及对比试验发现，粤秀水泥与MNF-2高效减水剂的相容性较好，配制的混凝土坍落度较大，坍落度损失较小，早期及后期强度较高，因此选用粤秀P. II525水泥及MNF-2早强高效减水剂配制混凝土。实测水泥及减水剂的常规性能指标见表1、表2。
表1 所用水泥常规物理性能指标
项 目 标准稠度用水量(%) 比表面积m2/kg 初凝时间(min) 终凝时间(min) 抗压强度(MPa)
3d 28d
实测结果 25.8 370 92 134 41.5 62.5
表2 MNF-2早强高效减水剂性能指标
试验项目 含固量(%) PH值 Na2SO4含量(%) Cl-含量(%) 减水率(%) 凝结时间差（min） 抗压强度比（%）
初凝 终凝 1d 7d 28d
实测值 39.5 6.8 4.9 0.12 28 +25 +48 186 172 159
2.2 石屑
从深圳白芒、大地、小南山、蛇口等6个石场抽取石屑按英标BS812进行检验，蛇口及大地石场的石屑基本符合BS882标准规定的质量标准，但考虑运输及其它方面技术条件，确定选用蛇口石场石屑进行配制生产，BS882对石屑的标准要求及实测结果见表3。
表3 石屑的质量标准及实测结果
试验项目 筛分（累计通过率，%） 泥粉含量（%）
10mm 5.0mm 2.36mm 1.18mm 0.6mm 0.3mm 0.15mm PAN
质量标准 100 89~100 60~100 30~100 15~100 5~70 0~20 0 ≤15
实测结果 100 94.7 81.4 53.5 36.6 22.2 10.3 0 8.6
2.3 碎石
按照合同技术规定，配制混凝土宜使用20mm和10mm两种单粒级碎石按适当比例加入，取蛇口石场两种符合BS882级配规定的碎石分别按1:9、2:8、3:7、4:6混合后测碎石紧密密度，得1：9混合碎石的紧密密度最大，再对该比例的碎石进行筛分析试验，发现其级配与蛇口石场生产的5-20mm连续级配碎石接近，因此确定选用蛇口石场5-20mm碎石用于生产该混凝土。
2.4 粉煤灰
根据拟供搅拌站生产普通混凝土使用的粉煤灰情况，选用沙角C电厂II级粉煤灰，其各项性能指标符合GB1596标准II级粉煤灰质量指标。
3 配合比的确定
3.1 混凝土配合比参数的试验研究
考虑技术文件规定粉煤灰掺量不得低于25%，胶凝材料用量不得超过550kg./m3，根据该混凝土各龄期的强度要求，将II级粉煤灰掺量确定为25%（掺量过高，将显著降低混凝土早期及28天强度）。在粉煤灰掺量不变的情况下，混凝土水胶比、砂率、减水剂掺量将是影响混凝土各期强度及工作性能最主要的因素，因此适宜选用正交试验进行分析研究。根据原材料性能试验结果及混凝土要求的技术指标，选取水胶比0.38、0.40、0.42，砂率34%、36%、38%，减水剂掺量1.2%、1.5%、1.8%进行L9（34）正交试验，混凝土单方用水量均确定为195kg。试验时安排的试验方案及试验结果见表4。
从表4的分析可得，对混凝土出机坍落度和坍落度损失影响最大的因素为减水剂掺量，其次为砂率，水胶比影响最小，随着减水剂掺量的提高和砂率的降低，混凝土的坍落度增大，坍落度损失减小。对混凝土28天强度影响的因素从大到小依次为水胶比、砂率及外加剂掺量，随着水胶比的降低，混凝土的强度提高，砂率提高则混凝土强度有所降低。同时，水胶比及减水剂掺量对混凝土1天强度有显著影响，水胶比越低，减水剂掺量越低，混凝土早期强度越高。根据该预制件混凝土的技术要求及上表试验结果，该石屑预制件混凝土水胶比应在0.35~0.38之间，砂率宜取34%左右，减水剂掺量在该用水量条件下取1.2~1.5%。
表4 正交试验用配合比方案及试验结果分析
序号 水胶比（A） 砂率（B）% 减水剂掺量（C）,% 出机坍落度(mm) 1h坍落度损失(mm) 立方体抗压强度(MPa)
1天 7天 28天
1 0.38 34 1.8 215 15 16.1 46.6 58.8
2 0.40 34 1.2 160 25 13.7 43.5 55.7
3 0.42 34 1.5 185 20 11.7 40.8 52.4
4 0.38 36 1.5 170 20 15.5 45.7 57.5
5 0.40 36 1.8 200 15 12.1 43.6 55.2
6 0.42 36 1.2 140 30 10.5 41.7 53.2
7 0.38 38 1.2 110 30 15.7 43.1 56.9
8 0.40 38 1.5 150 30 13.2 42.0 53.4
9 0.42 38 1.8 160 20 9.8 39.8 51.2
各因素水平对混凝土性能影响分析
目标 出机坍落度，mm 坍落度损失,mm 28天强度,MPa
因素 A B C A B C A B C
平均K1 165 187 137 21.7 20.0 28.3 57.7 55.6 55.3
平均K2 170 170 168 23.3 21.7 23.3 54.8 55.3 54.4
平均K3 162 140 192 23.3 26.7 16.7 52.3 53.8 55.1
极差 8 47 55 1.6 6.7 11.6 5.4 1.7 0.9
3.2 单方用水量与外加剂掺量的确定
在水胶比一定的情况下，配制强度符合该混凝土要求的技术路线有两条，一是采用低用水量高减水剂掺量，另一条路线为高用水量低减水剂掺量。通过多组对比试验得知，用前者配出的混凝土虽水泥用量较少，但混凝土和易性较差，尤其是粘度很大，早期强度也较低，因此宜采取第二条技术路线，但单方用水量太大时混凝土胶凝材料过大，水泥用量相应增加。通过大量对比试验得混凝土单方用水量在190-195kg/m3时较为适宜，此时混凝土的减水剂掺量应在1.2%左右。
3.3 水胶比的确定
分析表4的混凝土28天强度可知，混凝土水胶比为0.38时，其28天强度仍未能达60MPa以上，因此混凝土水胶比应在0.38 以下才能满足要求。确定混凝土用水量为190 kg/m3，减水剂掺量为1.2%，粉煤灰掺量为25%，选取0.34、0.35、0.36三个水胶比各进行三次试验，得混凝土28天平均抗压强度值分别为63.6MPa、61.2MPa、59.8MPa，由此可确定出混凝土的适宜水胶比为0.35。
3.4 配合比的初步确定
根据上述试验结果，初步确定出混凝土配合比的基本参数如下：W/B=0.35，W=190，βs=0.35，减水剂掺量1.2%。根据以上参数计算一理论配合比进行试拌验证，试验用配合比及试验结果见表5。从表5的试验结果看出，该混凝土配合比所得各项性能指标完全满足港方提出的技术标准，因此初步确定表5所列配合比为该预制件混凝土配合比。
表5 混凝土初步配合比及试拌结果
试验用配合比，kg/m3 出机坍落度mm 1h后坍落度 mm 拌合物密度kg/m3 各龄期强度，MPa
W C F CRF G20 MNF-2 1天 7天 28天
186 400 140 580 1071 6.48 130 105 2380 18.9 49.2 62.3
注：CRF-石屑（Crushed rock fines的缩写）
3.5 配合比的验证及确认
本室将上面确定的初步配合比报港方后，港方先后派人到拌合站取样进行室内试拌和到现场进行连续3天的实际生产试拌验证，室内及现场试拌的结果与本室所得结果基本一致，港方代表对此十分满意并确认该配合比为生产用理论配合比。
4 生产应用情况
2000年8月，港创公司蛇口拌合站正式向该预制件工程供应C50石屑混凝土，至2001年10月共供应混凝土近15000m3。从拌合站的生产情况来看，生产该混凝土除须另占一料仓外，其计量、拌合及运输要求与普通混凝土相近，说明这类预制件混凝土完全可进行商品化生产。混凝土供应期间，拌合站共按英标要求制作混凝土试件410组，试压结果表明，混凝土平均强度为62.8MPa，强度标准差为4.45MPa，生产质量控制情况良好。混凝土运至生产现场后，每车混凝土均有港方监理和施工单位代表联合验收，一年多来，混凝土极少有因技术性能问题出现退货，施工单位送香港检测的混凝土强度也完全满足设计要求。从制品公司所生产混凝土预制件的外观来看，未出现开裂现象，气泡也很少。鉴于C50石屑预制件在深圳越捷混凝土制品公司的成功应用，2000年12月，港创公司预制厂所承接的香港红堪湾11076预制件工程C45混凝土也采用了石屑代替河砂生产混凝土，至2001年6月共使用混凝土4000余方，生产出的预制件效果良好。
5 社会及经济效益
在两个预制件工程中，港创公司蛇口拌合站累计供应混凝土近20000m3，使用石屑8500余方，在使用石屑后将蛇口石场堆放石屑所占用的面积大大降低，提高了石场的有效使用面积。同时，使用石屑后，有效防止了沿海地区使用河砂带入CL-可能对钢筋的锈蚀，并降低在江河中掘砂数量，有利于沿江一带的水土保持。从经济效益来看，目前石屑的单价较河砂每方低10~30元以上，可使每方混凝土的材料直接成本降低约5~15元，具有明显的经济效益。同时，这两个工程的混凝土若使用河砂每月将送香港进行一次碱骨料反应测试和CL-含量检验，每次检验及送检费用均在15000元港币以上，而使用石屑时若混凝土原材料不变则只需在生产前进行一次测试碱骨料反应测试，单检测费用一项便降低费用近20万元。
6 结语
石屑代替河砂在两个香港中高强预制件砼的成功应用，为拓宽石屑应用范围提供了典范，为河砂紧缺地区用石屑配制普通混凝土提供了一定参考价值。但是，在我国许多地区因无相应应用标准和规范，使得石屑的应用难以推广，限制了石屑的应用范围，望能引起有关部门关注。
[参考文献]
[1]江京平等.机制砂超高强高性能混凝土的研制.混凝土.2000,(4):18~22.
[2]李建等.石灰石石屑代砂混凝土配制技术研究.建筑材料学报.2001,(4)
[3]普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2000). 中国建筑工业出版社,2001
附：
[作者简介]陈清志，男，出生于1970年12月，深圳中铁二局工程有限公司试验室主任、工程师，1993年毕业于重庆建筑大学建材材料与制品专业，现主要从事高性能混凝土和特种混凝土的试验研究和应用。崔冕昌，男，出生于1940年，深圳中铁二局工程有限公司原总工程师、高级工程师。
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