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砂石行业“常青树”——清华大学廉慧珍传授谈砂石品质是影响混凝土品质的关头!

宣布日期:2021-09-06   阅读次数:

砂石行业“常青树”——清华大学廉慧珍传授谈砂石品质是影响混凝土品质的关头!

砂石品质是影响混凝土品质的关头

廉慧珍

清华大学土木水利学院

 

产物规范是为了查验和查验产物品质的规范。业内众所周知以后我国砂石品质遍及太差,石子松堆空地率在45%以上(抱负粒形和级配的石子松堆空地率为38%),针片状颗粒跨越10%(东方国度的限值为5%),砂子中含泥量最多的达20%,含石量跨越25%……。砂石品质不只是影响混凝土品质的首要身分,并且是以而成为影响我国减碳经济实行的首要身分。起首,使我国混凝土中的水泥用量、用水量和外加剂用量愈来愈大。通俗来讲我国混凝土水泥用量和用水量最少比东方国度的多用20%,若同外洋的进步前辈目标比拟,可多用30%以上。假设混凝土年耗损量为20亿m³,则少说每一年多用水泥4亿吨,按掺入50%的矿物搀和料计,不算矿物搀和料加工的耗电,则最少多排放CO₂ 2亿吨!更首要的是混凝土品质仍是以而遭到影响,以后工程中频仍显现的开裂题目,从资料自身来讲,首要是不得未几用水、多用水泥的成果。固然,构成工程品质显现题目标缘由并不是单一的身分,并且偶然也不都是手艺题目,可是今朝我国根基扶植中资本和能源的华侈和混凝土体积开裂敏理性增大的现实,首要的影响身分倒是对砂石品质的轻忽。砂石品质干系到扶植工程的品质。

砂石品质太差的缘由首要是砂石规范和对其品质缺少有用的监视、查验 ;缺少有用的监视、查验砂石规范的缘由首要是对砂石的熟习误区;对砂石品质熟习的误区首要是不领会骨料在混凝土中的首要感化。

1 对砂石熟习的误区

2.1 以为砂石资本取之不尽、用之不竭

北京的香山周遭160公顷,最岑岭海拔557米,体积约4.5亿m2,假设都是岩石,则约有6.8亿吨。2009年我国水泥产量约16亿吨,约耗损砂石100亿吨∕年。一年耗损掉的砂石就约相称于14.7座香山的体积!离北京比来的河北省三河县的石料场,和10几年前比拟,已不见了好几座山头。最近几年来混凝土用砂石资本已非常严峻,特别是自然砂的无节制开采已要挟到咱们环境的生态均衡,国度对河砂开采的控管长短常贤明准确。固然能够或许利用野生砂,可是那也须要耗损自然岩石资本。自然资本不可再生,必须“节衣缩食”才能坚持久长。

2.2 以为砂石出产手艺简略,是以门坎低,有钱谁都能出产

砂石出产并非高科技,正因出产工艺简略,才能成为用量庞大的产物。但也必须出产出合适工程请求的及格砂石。起首,为用户办事业,就必须领会用户的须要。砂石的出产者必须具有混凝土根基知识,领会和清晰砂石在混凝土中的感化和影响,以便按用户须要出产,并且能够或许培训主顾,指点主顾准确地选用;差别的岩石具有差别的物理性子和化学性子,砂石出产者还须具有必然的矿物岩石学知识,以便准确挑选料源和加工工艺。比方由表1和表2可见岩石有差别吸水率和混凝土的线胀系数,会影响混凝土的施工和变形。比方,若是利用砂岩石子,就要比用石灰岩石子多用8kg/m³的水,水胶比必须坚持不变,水泥也就响应增添。

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差别岩石有差别的热胀系数(表2)[1],则在不异前提下会使混凝土有差别的热胀系数,也便是说混凝土在冷热变更、干湿瓜代环境下会有差别的变形性子,乃至影响其经久性。

差别的吸水率(表1)不只影响混凝土的变形性子,并且另有能够影响混凝土的抗冻性。由于不正视岩石矿物学的根基知识,工程中显现题目常常很少斟酌骨料是不是会有甚么影响,实在偶然有能够和骨料有关,比方混凝土路面发生的D-开裂(图1)[2]。D-开裂是因开裂的外形像英笔墨母D的右半边(图1),是因混凝土中饱水的石灰岩骨料受冻融轮回感化胀裂(图2)[2]而激发的。

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有一点岩石矿物学知识的人城市晓得岩石大多由矿物构成,受力后可沿晶面断开显现平坦或滑腻的外表,称作解理。中等解理(解理清晰)或解理完整的岩石(比方石灰岩),在利用颚式破裂机破裂时,会因解理而构成针、片状颗粒,增大混凝土拌和物的需水量。颚式破裂机价钱昂贵,今朝国际大大都作坊式的采石场依然都在利用。

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图3 为某工程抽检的芯样,由于骨料粒形和级配很差,砂子含泥量很大,必须利用较大批的水泥浆(水泥+水)和减水剂才能保障拌和物有充足的活动性,成果构成拌和物的离析、泌浆,浇筑后严峻不平均。对这类成果,砂石供给商既不晓得,也不关怀。

是以,并不是任何人都能出产及格的砂石,不懂混凝土,不懂岩石学和矿物学,只会无谓地耗损本该给子孙儿女留一点的资本,并且还不时地为他们制作修建渣滓。

2 砂石和混凝土品质的干系

我国在传统上把砂石称作混凝土的骨料,是由于岩石强度很高,对混凝土强度起很大感化,因而对砂石的挑选首要垂青强度,有解理的岩石,破裂的颗粒越小,针片状颗粒越多,导致公称粒径5mm~10 mm的颗粒需水量很大,其成果,名义上的“持续级配”现实上此中5 mm~10 mm的颗粒几近不。由此也能够或许说,构成石子近况也是用户误导的成果。两边对砂石在混凝土中的感化的懂得都有误。

2.1骨料和混凝土强度的干系

曩昔,在首要利用塑性混凝土的环境下砂石强度确切会差别程度地影响混凝土的强度;上世纪50年月末我国曾有构件厂利用过干硬性混凝土,水灰比低、浆体含量少,拌和物不坍落度,用V-B稠度仪检测时,任务度为20秒以上,只能用于预制构件,在高频振动台上加压强力振捣,工人休息强度大,噪声震耳,并且能耗很大,未几就不再出产了。如许的混凝土强度取决于石子强度和浆体-石子界面的粘接强度,石子对混凝土强度的进献不言而喻。那时,通俗利用低塑性混凝土(坍落度10 mm~30mm)和塑性混凝土(坍落度30 mm~50 mm、50 mm~70mm、90 mm~90mm);上世纪初起头利用流态混凝土(坍落度100mm以上);石子对混凝土强度的感化随浆骨比的增大而减小。在泵送混凝(坍落度150mm以上,以后遍及都跨越200mm),石子在混凝土中呈悬浮状况,混凝土的强度根基上与骨料强度有关 。此刻用颗粒强度很低的轻骨料(陶粒)已配制出高强(C50以上)泵送混凝土便是明证。在古代混凝土中,砂石在混凝土中的感化首要不是强度,但倒是不可不的关头脚色。

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可是,当水胶比必然时,砂石用量和粒径影响混凝土中界面过渡区的厚度和数目,是以对混凝土的强度有影响。图4[3]标明,当水胶比很大时,石籽粒径对强度的影响不较着,水胶比越低,影响越大。水胶比必然时,净浆强度高于沙浆强度,沙浆强度高于混凝土强度。

2.2 砂石在混凝土中的骨架感化首要是不变体积

大大都混凝土用的通俗岩石线胀系数为5×10-6~13×10-6/℃,而软化硅酸盐水泥净浆线胀系数为11 ×10-6~20×10-6/℃,两者相差约1倍。若是不骨料,水泥净浆软化后会发生很大的缩短,稍有束缚,就会严峻开裂。

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混凝土的缩短Sc与水泥净浆缩短Sp之比取决于骨料含量a:  Sc= Sp(1-a )n ( n为经历系数,变化于1.2~1.7,与骨料弹性模量有关 )。由图5[3]可见,混凝土水灰比越大,骨料用量对混凝土缩短的影响越大。在图6[4]中可见,对混凝土塑性缩短影响的纪律也是净浆>沙浆>混凝土,而混凝土水泥用量越大(骨料越少)影响越大。骨料对混凝土自缩短影响的纪律也如斯(见图7)[4 ]。

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2.3骨料粒径和粒形对混凝土其余机能的影响

2.3.1 粒径的影响

图8[3]和图9[4]为骨料粒径与混凝土渗入性和抗冻性的干系。由图8可见,骨料水灰比越大,骨料粒径对混凝土渗入性的越大,沙浆的这类影响最小;图9标明骨料粒径大会降落混凝土的抗冻性。

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2.3.2 粒形的影响

对知足必然强度和密实性请求的混凝土来讲,拌和物的施工性是保障混凝土最初品质的最首要性子。对混凝土施工性来讲,骨料的粒形偶然比级配的影响还要大。抱负的骨料粒形呈等径状(即微观球形)。外表粗拙程度不异时,等径状骨料的比外表积最小,需水量最小,能够或许同时知足施工性和强度等软化混凝土性子。表3 所示为某工程用差别骨料配制C60混凝土时的差别表现。用风化粗粒花岗岩的混凝土的坍落度为195mm时,28天强度可达71.3MPa,而乌石谷的石子属于致密石灰岩,强度高,但粒形不好,,因混凝土拌和物需水量大,在知足混凝土强度请求的水灰比下,拌和物活动性较差。如要保障坍落度也到达195mm,其办法一是增大用水量,即增大浆骨比,则既不经济,又会有更大的开裂敏理性;办法二是进步水胶比,则强度会达不到请求。

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在表3中,其所用水灰比降不上去,成果是强度到达68.8MPa时,坍落度才不到150mm,较着不如利用强度较低但粒形好的的风化粗粒花岗岩。

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骨料的粒形较着影响自密实混凝土的施工性,如表4所示, K53和K60比拟,K67和和K61比拟,共同比不异,活动性分歧,K53和K67(石子针片状颗粒为5%)能很好地经由过程钢筋,而K60和K61只因石子中的针片状颗粒多了2个百分点(7% ),碰到钢筋就被梗塞。

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我国以后的混凝土“难做”和骨料粒形有很大干系。从图10中可见我国今朝经常利用石籽粒形品质的差异。图10中的c 是针、片状颗粒描摹,可用其与日本和中国经常利用石子作比拟。在日本石子(a)中找不到针、片状颗粒,而在中国的经常利用石子(b)中,则针、片状不言而喻,即便在尺寸上还够不上c中的规范,也少见等径状。d是我国山东海瑞石料公司产物之一,和日本的产物已几近无差别。可见如许的优良骨料我国不是做不出来。

2.4  对骨料的级配

骨料的持续级配即差别尺寸颗粒公道搭配的比例,目标是不只获得最小的骨料空地率,并且也获得最小的骨料比外表积,可是在骨料的出产中只能从数目上做到级配,却没法做到全体产物级配的平均性。由于砂石这类产物是散粒状的聚积物,在装、卸、运输等的能源感化下,本来差别巨细的颗粒夹杂平均的全体,会发生小颗粒向下挪动而大颗粒留在外表的景象,聚积成锥形后,在外表的大颗粒会沿着锥形的斜面滚落。因而料堆的级配就落空均衡,混凝土出产中在如许的料堆所取骨料也就不了级配。是以东方发财国度的砂石料都是分级供给,利用时按请求自行级配,按级配分级投料。规范中的持续级配不是对出产者而是对利用者划定的。为了保障知足混凝土的须要,我国砂石规范最少该当对石子明白划定分级供给。我国已有一些混凝土利用了用单粒级两级配或三级配后,混凝土水泥用量削减了20%摆布,可是若是粒形不好,也做不出小于40%的石子空地率。

3、骨料品质和砂石规范

我国砂石品质题目发生缘由固然比拟庞杂,可是除体系体例题目、买方保存合作题目等非手艺性题目外,很首要的是看法题目:不管是卖方仍是买方,不管是用户仍是市场的调控者,对砂石的熟习存在很大的误区。

和其余手艺规范与规范一样,拟定砂石规范要进步前辈而可操纵,但又不姑息掉队。所谓可操纵是指只需尽力就可以做到,而不是对近况的无法之举。颁发砂石规范后,该当像有水泥质检站担任查验出厂和混凝土品质监视站验收混凝土一样,设立各级砂石品质监视站。不然,规范形同虚设,今朝近况就如斯。那末为甚么还要拟定规范呢?为甚么同类产物要有分歧性规范呢?

以后砂石资本日趋匮乏,特别是自然级配杰出的河砂,几近干涸。用石子出产中的下脚料出产野生砂,合适节能降耗的请求。理论证实,只需准确利用,对混凝土不只无不良影响,反而会改良拌和物的施工机能,特别是自然河砂和野生砂夹杂利用,结果极好。今朝已有野生砂规范,但用户大多不熟习而不会用,该当尽快构造培训,推行利用。

4、倡议

① 骨料品质对混凝土品质,进而对混凝土布局工程品质,特别是混凝土布局的经久性,无足轻重,不骨料就不混凝土,即便有朝一日砂石比水泥还贵,也必须利用;骨料品质影响混凝土布局工程的权宜之计,不容轻忽。现实上,不正视砂石品质,不只由于蒙昧,并且也触及对社会和子孙儿女的义务!自然资本不可再生,但愿当局部分像调控水泥出产一样地调控砂石的开采和加工,省得当先人须要对咱们留下的劣质布局物停止修补加固或重修时,却已经是资本干涸。

② 混凝土的共同比中布满了对峙同一的身分,虽然自从有了高效减水剂,减缓了多少抵触,但依然存在手艺职员应用对峙同一纪律的才能。此中对骨料用量来讲,在水胶比必然的前提下,增大浆骨比时,拌和物活动性增添,混凝土弹性模量减小,体积不变性降落,开裂敏理性增大,强度和抗渗性进步;浆骨比减小时,拌和物活动性减小,强度和抗渗性会降落,但弹性模量会增大,体积不变性增强,易裂性减小;对骨料粒径来讲,粒径巨细和骨料用量巨细的纪律分歧。均衡这些抵触靠的是手艺职员的程度。

③ 进步砂石品质也须要构成买方市场,砂石用户起首要转变看法,不能为图自制或能欠账等一己私利侵害社会的好处。

④ 对砂石品质和出产及办理请求的倡议:

转变出产工艺,以保障粒形;

供给单粒级石子,进步限定粒形的规范,比方针、片状颗粒最少应小于10%;

请求水洗骨料,带水供给(特别是砂),以便于混凝土出产的品质节制;

转变烦琐的传统评估骨料级配的方式;

严禁在砂石中掺入土壤;

增强条约认识和办理部分的条约办理,完美法令文件。

来历:砼话

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中国砂石协会

2021年09月06日

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