昌寧工程對砂石影響混凝土質(zhì)量的分析研究

1、昌寧工程對砂石影響混凝土質(zhì)量的分析研究 我國混凝土中的水泥用量和拌和水比發(fā)達國家的至少多用了20%，不僅資源浪費嚴重，而且使硬化后的混凝土開裂敏感性大，威脅結(jié)構(gòu)物的耐久性，而且因多用水泥而間接地嚴重影響減碳經(jīng)濟，其原因就是砂石質(zhì)量太差；砂石質(zhì)量差的原因是大多數(shù)砂石生產(chǎn)無人執(zhí)行砂石標準，也無人監(jiān)督管理砂石的質(zhì)量；無人執(zhí)行和監(jiān)管砂石標準的原因是不認識砂石在混凝土中的重要作用，存在認為砂石取之不盡、生產(chǎn)砂石很簡單、砂石沒有技術(shù)問題等誤區(qū)。砂石作為骨架作用主要是穩(wěn)定混凝土的體積 ，即使將來砂石比水泥價格高，也不可不用。從可持續(xù)發(fā)展的目標出發(fā)，整頓砂石生產(chǎn)，加強標準的執(zhí)行和監(jiān)管已成為刻不容緩的問題。砂石

2、、粒形、級配、混凝土質(zhì)量、減碳經(jīng)濟 產(chǎn)品標準是為了檢驗和檢驗產(chǎn)品質(zhì)量的標準，然而我國的砂石標準多年來已形同虛設(shè)，幾乎無人執(zhí)行。業(yè)內(nèi)盡人皆知當前我國砂石質(zhì)量普遍太差。石子松堆空隙率在45%以上（理想粒形和級配的石子松堆空隙率為38%），針片狀顆粒超過10%（西方國家的限值為5%），砂子中含泥量最多的達20%，含石量超過25%。砂石質(zhì)量不僅是影響混凝土質(zhì)量的主要因素，而且因此而成為影響我國減碳經(jīng)濟實施的重要因素。首先，使我國混凝土中的水泥用量、用水量和外加劑用量越來越大。一般來說我國混凝土水泥用量和用水量至少比西方國家的多用20%，若同國外的先進指標相比，可多用30%以上。假設(shè)混凝土年消耗量為20

3、億m3，則少說每年多用水泥4億噸，按摻入50%的礦物摻和料計，不算礦物摻和料加工的耗電，則至少多排放CO2 2億噸！更重要的是混凝土質(zhì)量還因此而受到影響，當前工程中頻繁出現(xiàn)的開裂問題，從材料本身來說，主要是不得不多用水、多用水泥的結(jié)果。當然，造成工程質(zhì)量出現(xiàn)問題的原因并不是單一的因素，而且有時也不都是技術(shù)問題，但是目前我國基本建設(shè)中資源和能源的浪費和混凝土體積開裂敏感性增大的事實，主要的影響因素卻是對砂石質(zhì)量的忽視。砂石質(zhì)量關(guān)系到建設(shè)工程的質(zhì)量。砂石質(zhì)量太差的原因主要是無人認真執(zhí)行砂石標準和對其質(zhì)量的監(jiān)督、檢驗 ；無人認真執(zhí)行和監(jiān)督、檢驗砂石標準的原因主要是對砂石的認識誤區(qū)；對砂石質(zhì)量認識的誤

4、區(qū)主要是不了解骨料在混凝土中的重要作用。 1 對砂石認識的誤區(qū)2.1 認為砂石資源取之不盡、用之不竭 北京的香山方圓160公頃，最高峰海拔557米，體積約4.5億m2，假定都是巖石，則約有6.8億噸。2009年我國水泥產(chǎn)量約16億噸，約消耗砂石100億噸年。一年消耗掉的砂石就約相當于14.7座香山的體積！ 離北京最近的河北省三河縣的石料場，和10幾年前相比，已不見了好幾座山頭。近年來混凝土用砂石資源已經(jīng)十分緊張，尤其是天然砂的無節(jié)制開采已威脅到我們環(huán)境的生態(tài)平衡，國家對河砂開采的控管是非常英明正確。雖然可以使用人工砂，但是那也需要消耗天然巖石資源。天然資源不可再生，必須“省吃儉用”才能維持長久

5、。2.2 認為砂石生產(chǎn)技術(shù)簡單，因而門檻低，有錢誰都能生產(chǎn)砂石生產(chǎn)并非高科技，正因生產(chǎn)工藝簡單，才能成為用量巨大的產(chǎn)品。但也必須生產(chǎn)出符合工程要求的合格砂石。首先，為用戶服務(wù)業(yè)，就必須了解用戶的需要。砂石的生產(chǎn)者必須具備混凝土基本知識，了解和清楚砂石在混凝土中的作用和影響，以便按用戶需要生產(chǎn)，并且能夠培訓(xùn)顧客，指導(dǎo)顧客正確地選用；不同的巖石具有不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，砂石生產(chǎn)者還須具備一定的礦物巖石學(xué)知識，以便正確選擇料源和加工工藝。例如由表1和表2可見巖石有不同吸水率和混凝土的線脹系數(shù)，會影響混凝土的施工和變形。例如，如果使用砂巖石子，就要比用石灰?guī)r石子多用8kg/m3的水，水膠比必須保持

6、不變，水泥也就相應(yīng)增多。骨料種類熱膨脹系數(shù)×10-6 /砂 礫13.1花崗巖9.5石英巖12.8玄武巖9.5砂 巖11.7石灰石7.4表2 不同巖石骨料的混凝土線脹系數(shù)1表1 不同骨料的吸水率和收縮的關(guān)系骨料吸水率(%)1年的收縮(%)砂巖板巖花崗巖石灰?guī)r石英巖5.01.20.50.20.30.120.070.050.040.03不同巖石有不同的熱脹系數(shù)（表2）1，則在相同條件下會使混凝土有不同的熱脹系數(shù)，也就是說混凝土在冷熱變化、干濕交替環(huán)境下會有不同的變形性質(zhì)，以致影響其耐久性。圖2 石灰石骨料引起D-開裂2 圖1 混凝土路面平行于縱縫和橫縫的D-開裂2不同的吸水率(表1)不僅影

7、響混凝土的變形性質(zhì)，而且還有可能影響混凝土的抗凍性。由于不重視巖石礦物學(xué)的基本知識，工程中出現(xiàn)問題往往很少考慮骨料是否會有什么影響，其實有時有可能和骨料有關(guān)，例如混凝土路面發(fā)生的D-開裂（圖1）2。D-開裂是因開裂的形狀像英文字母D的右半邊（圖1），是因混凝土中飽水的石灰?guī)r骨料受凍融循環(huán)作用脹裂（圖2）2而引發(fā)的。有一點巖石礦物學(xué)常識的人都會知道巖石大多由礦物組成，受力后可沿晶面斷開呈現(xiàn)平整或光滑的表面，稱作解理。中等解理（解理清楚）或解理完全的巖石（例如石灰?guī)r），在使用顎式破碎機破碎時，會因解理而造成針、片狀顆粒，增大混凝土拌和物的需水量。顎式破碎機價格最低廉，目前國內(nèi)大多數(shù)作坊式的采石場仍

8、然都在使用。這是造成石子粒形差的主要原因。圖3 芯樣中可見粗骨料粒形很差，砂中含泥量很大，混凝土嚴重不均勻圖3 為某工程抽檢的芯樣，由于骨料粒形和級配很差，砂子含泥量很大，必須使用較大量的水泥漿（水泥+水）和減水劑才能保證拌和物有足夠的流動性，結(jié)果造成拌和物的離析、泌漿，澆筑后嚴重不均勻。對這種結(jié)果，砂石供應(yīng)商既不知道，也不關(guān)心。因此，并不是任何人都能生產(chǎn)合格的砂石，不懂混凝土，不懂巖石學(xué)和礦物學(xué)，只會無謂地消耗本該給子孫后代留一點的資源，而且還不斷地為他們制造建筑垃圾。2 砂石和混凝土質(zhì)量的關(guān)系我國在傳統(tǒng)上把砂石稱作混凝土的骨料，是因為巖石強度很高，對混凝土強度起很大作用，于是對砂石的選擇主

9、要看重強度，有解理的巖石，破碎的顆粒越小，針片狀顆粒越多，致使公稱粒徑5mm10 mm的顆粒需水量很大，其結(jié)果，名義上的“連續(xù)級配”實際上其中5 mm10 mm的顆粒幾乎沒有。由此也可以說，造成石子現(xiàn)狀也是用戶誤導(dǎo)的結(jié)果。雙方對砂石在混凝土中的作用的理解都有誤。2.1骨料和混凝土強度的關(guān)系 圖4 混凝土抗壓強度 和石子最大粒徑的關(guān)系3過去，在主要使用塑性混凝土的情況下砂石強度確實會不同程度地影響混凝土的強度；上世紀50年代末我國曾經(jīng)有構(gòu)件廠使用過干硬性混凝土，水灰比低、漿體含量少，拌和物沒有坍落度，用V-B稠度儀檢測時，工作度為20秒以上，只能用于預(yù)制構(gòu)件，在高頻振動臺上加壓強力振搗，工人勞動

10、強度大，噪聲震耳，而且能耗很大，不久就不再生產(chǎn)了。這樣的混凝土強度取決于石子強度和漿體-石子界面的粘接強度，石子對混凝土強度的貢獻顯而易見。當時，一般使用低塑性混凝土(坍落度10 mm30mm)和塑性混凝土(坍落度30 mm50 mm、50 mm70mm、90 mm90mm)；上世紀初開始使用流態(tài)混凝土（坍落度100mm以上）；石子對混凝土強度的作用隨漿骨比的增大而減小。在泵送混凝(坍落度150mm以上，當前普遍都超過200mm),石子在混凝土中呈懸浮狀態(tài)，混凝土的強度基本上與骨料強度無關(guān) ?，F(xiàn)在用顆粒強度很低的輕骨料(陶粒)已配制出高強(C50以上)泵送混凝土就是明證。在現(xiàn)代混凝土中，砂石在

11、混凝土中的作用主要不是強度，但卻是不可沒有的關(guān)鍵角色。圖5 骨料含量對混凝土收縮的影響 4 然而，當水膠比一定時，砂石用量和粒徑影響混凝土中界面過渡區(qū)的厚度和數(shù)量，因此對混凝土的強度有影響。圖43表明，當水膠比很大時，石子粒徑對強度的影響不顯著，水膠比越低，影響越大。水膠比一定時，凈漿強度高于砂漿強度，砂漿強度高于混凝土強度。2.2 砂石在混凝土中的骨架作用主要是穩(wěn)定體積。 大多數(shù)混凝土用的普通巖石線脹系數(shù)為5×10-613×10-6/，而硬化硅酸鹽水泥凈漿線脹系數(shù)為11 ×10-620×10-6/，二者相差約1倍。如果沒有骨料，水泥凈漿硬化后會產(chǎn)生很大

12、的收縮，稍有約束，就會嚴重開裂?；炷恋氖湛sSc與水泥凈漿收縮Sp之比取決于骨料含量a: Sc= Sp(1-a )n （ n為經(jīng)驗系數(shù)，變動于1.21.7，與骨料彈性模量有關(guān) ）。由圖53可見，混凝土水灰比越大，骨料用量對混凝土收縮的影響越大。在圖64中可見，對混凝土塑性收縮影響的規(guī)律也是凈漿砂漿混凝土，而混凝土水泥用量越大（骨料越少）影響越大。骨料對混凝土自收縮影響的規(guī)律也如此(見圖7)4 。圖7 骨料用量對混凝土自收縮的影響 5 圖6 骨料對混凝土塑性收縮的影響42.3骨料粒徑和粒形對混凝土其他性能的影響2.3.1 粒徑的影響圖83和圖94為骨料粒徑與混凝土滲透性和抗凍性的關(guān)系。由圖8可見

13、，骨料水灰比越大，骨料粒徑對混凝土滲透性的越大，砂漿的這種影響最小；圖9表明骨料粒徑大會降低混凝土的抗凍性。 圖8 骨料粒徑和混凝土滲透系數(shù)的關(guān)系3 圖9 骨料粒徑對混凝土抗凍性的關(guān)系42.3.2 粒形的影響對于滿足一定強度和密實性要求的混凝土來說，拌和物的施工性是保證混凝土最后質(zhì)量的最重要性質(zhì)。對混凝土施工性來說，骨料的粒形有時比級配的影響還要大。理想的骨料粒形呈等徑狀（即宏觀球形）。表面粗糙程度相同時，等徑狀骨料的比表面積最小，需水量最小，可以同時滿足施工性和強度等硬化混凝土性質(zhì)。表3 所示為某工程用不同骨料配制C60混凝土?xí)r的不同表現(xiàn)。用風(fēng)化粗?；◢弾r的混凝土的坍落度為195mm時，28

14、天強度可達71.3MPa，而烏石谷的石子屬于致密石灰?guī)r，強度高，但粒形不好，因混凝土拌和物需水量大，在滿足混凝土強度要求的水灰比下，拌和物流動性較差。如要保證坍落度也達到195mm，其措施一是增大用水量，即增大漿骨比，則既不經(jīng)濟，又會有更大的開裂敏感性；措施二是提高水膠比，則強度會達不到要求。在表3中，其所用水灰比降不下來，結(jié)果是強度達到68.8MPa時，坍落度才不到150mm，顯然不如使用強度較低但粒形好的的風(fēng)化粗?；◢弾r。表3 石子對混凝土性質(zhì)的影響所用石子混凝土28天抗壓強度(MPa)坍落度 (mm)深康風(fēng)化粗粒花崗巖，強度低，但粒形好71.3195烏石谷致密石灰?guī)r，強度高，但針、片狀顆

15、粒含量大68.8148骨料的粒形明顯影響自密實混凝土的施工性，如表4所示， K53和K60相比，K67和和K61相比，配合比相同，流動性一致，K53和K67（石子針片狀顆粒為5%）能很好地通過鋼筋，而K60和K61只因石子中的針片狀顆粒多了2個百分點(7% )，遇到鋼筋就被堵塞。表4 骨料針片狀顆粒對自密實混凝土康堵塞性能的影響編號流動性流動時間(秒)配筋L-流動充填性充填性實驗：通過鋼筋流出一定距離的時間（秒）SlmmD*mm流過50cm流過65cm150mm250 mm300mm400mm500mm600mm800mmTmmLmmK53260695617ü246715224426

16、0800K6026069059×K78245660ü25711152455245800K6726567048ü26812183053260800K61265665616× 我國當前的混凝土“難做”和骨料粒形有很大關(guān)系。從圖10中可見我國目前常用石子粒形質(zhì)量的差距。圖10中的c 是針、片狀顆粒形貌，可用其與日本和中國常用石子作比較。在日本石子（a）中找不到針、片狀顆粒，而在中國的常用石子（b）中，則針、片狀顯而易見，即使在尺寸上還夠不上c中的標準，也少見等徑狀。d是我國山東海瑞石料公司產(chǎn)品之一，和日本的產(chǎn)品已幾乎無差別?？梢娺@樣的優(yōu)質(zhì)骨料我國不是做不出來。

17、 a. 日本的常用石子 b. 中國的常用石子 c. 針片狀顆粒 d. 海瑞的石子圖10 石子粒形的對比2.4 關(guān)于骨料的級配 骨料的連續(xù)級配即不同尺寸顆粒合理搭配的比例，目的是不僅得到最小的骨料空隙率，而且也得到最小的骨料比表面積，但是在骨料的生產(chǎn)中只能從數(shù)量上做到級配，卻無法做到整體產(chǎn)品級配的均勻性。因為砂石這種產(chǎn)品是散粒狀的堆積物，在裝、卸、運輸?shù)鹊膭恿ψ饔孟?，原來不同大小的顆?；旌暇鶆虻恼w，會發(fā)生小顆粒向下移動而大顆粒留在表面的現(xiàn)象，堆積成錐形后，在表面的大顆粒會沿著錐形的斜面滾落。于是料堆的級配就失去均衡，混凝土生產(chǎn)中在這樣的料堆所取骨料也就沒有了級配。因此西方發(fā)達國家的砂石料都是分

18、級供應(yīng)，使用時按要求自行級配，按級配分級投料。規(guī)范中的連續(xù)級配不是對生產(chǎn)者而是對使用者規(guī)定的。為了保證滿足混凝土的需要，我國砂石標準至少應(yīng)當對石子明確規(guī)定分級供應(yīng)。我國已經(jīng)有一些混凝土使用了用單粒級兩級配或三級配后，混凝土水泥用量減少了20%左右，但是如果粒形不好，也做不出小于40%的石子空隙率。3、骨料質(zhì)量和砂石標準我國砂石質(zhì)量問題產(chǎn)生原因當然比較復(fù)雜，但是除了體制問題、買方生存競爭問題等非技術(shù)性問題外，很重要的是觀念問題：無論是賣方還是買方，無論是用戶還是市場的調(diào)控者，對砂石的認識存在很大的誤區(qū)，例如，一般產(chǎn)品標準是為了出廠的合格檢驗用的，帶有強制性不合格的產(chǎn)品不能出廠，但是我國砂石產(chǎn)品的

19、國家標準居然是“推薦性”的，因而造成沒有任何人執(zhí)行砂石標準，也沒有人對砂石質(zhì)量進行檢驗。在技術(shù)人員申請修訂砂石標準并改為強制性標準時，竟然遭到主管官員的不屑！ 和其他技術(shù)標準與規(guī)范一樣，制定砂石標準要先進而可操作，但又不遷就落后。所謂可操作是指只要努力就能做到，而不是對現(xiàn)狀的無奈之舉。例如過去曾有人在制定砂石應(yīng)用標準時，既規(guī)定了級配標準，卻又說明“如果級配不合格，通過實驗證明不影響混凝土和易性時，也可使用”，又自己否定了自己誰都知道，對不合格的砂石，只要增加水泥用量，就能“不影響施工”，這樣嚴重遷就落后的條款本身就否定了標準的必要性！頒布砂石標準后，應(yīng)當像有水泥質(zhì)檢站負責(zé)檢驗出廠和混凝土質(zhì)量監(jiān)督站驗收混凝土一樣，設(shè)立各級砂石質(zhì)量監(jiān)督站。否則，標準形同虛設(shè)，目前現(xiàn)狀就如此。那么為什么還要制定標準呢？為什么同類產(chǎn)品要有一致性標準呢？ 當前砂石資源日益匱乏，尤其是天然級配良好的河砂，幾近枯竭。用石子生產(chǎn)中的下腳料生產(chǎn)人工砂，符合節(jié)能降耗的要求。實踐證明，只要正確使用，對混凝土不僅無不良影響，反而會改善拌和物的施工性能，尤其是天然河砂和人工砂混合使用，效果極好。目前已有人工砂標準，但用戶大多不熟悉而不會用，應(yīng)當盡快組織培訓(xùn)，推廣使用。4、建議 骨