石屑再加工成机制砂在商品混凝土中的应用

肖丽君，孙贝，毛卓荣

(1.浙江恒立交通工程有限公司，浙江 宁波 315153；2.宁波恒立混凝土有限公司，浙江 宁波 315153；3.浙江老虎山建材有限公司，浙江 江山324123)

1 前言

随着城市建设规模的扩大，天然砂资源日益趋紧，不仅品质下降，且稳定性较差，而单价却越来越高。

同时，普遍情况下，碎石企业在生产过程中，往往产生了大量的尾矿—石屑。石屑废弃后，往往直接堆积，既污染环境占用土地，又浪费了大量的人力物力。据宁波本地一企业统计，每生产一吨碎石，即产生0.2～0.25吨石屑。

因此，为实现大量石屑资源的再利用，同时改善商品混凝土公司的细集料供应状况，降低混凝土材料成本，通过一系列的试验分析与生产实践，将石屑进行清洗再加工，作为机制砂替代部分天然砂，并在生产中全面推广应用，是今后商品混凝土生产的必然趋势。

2 试验原材料情况

水泥：浙江宁波海螺P·O42.5，其技术性能见表1。

粉煤灰：北仑电厂Ⅱ级灰，其技术性能见表2。

碎石：浙江宁波本地产5～31.5mm碎石，其技术性能见表3。

外加剂：浙江江山老虎山建材公司生产的T0R708外加剂，其技术性能见表4。

天然砂：福建闽江砂，其技术性能见表5。

机制砂：由本地一碎石企业所产生的尾矿—石屑经过特定工序与设备的筛分与清洗得到。其技术性能及与天然砂的筛分对比见表6。

3 配合比试验数据与分析

表1 水泥技术性能

表2 粉煤灰技术性能

表3 粗骨料技术性能

表4 外加剂技术性能

表5 天然砂技术性能

表6 机制砂技术性能及与天然砂的筛分对比

表7 配合比数据

表8 试验结果

为更好的探究机制砂替代天然砂对混凝土拌合物性能、强度及耐久性的影响，我们根据机制砂替代天然砂的掺量变化来设计混凝土配合比，笔者在一段时间内的试验数据中，择取有代表性的一个系列配合比数据，见表7。

表7配合比数据经试验，试验结果见表8：

以上数据反映，混凝土性能随着机制砂替代天然砂的掺量变化较大：

a. 随机制砂替代天然砂的掺量递增，混凝土坍落度、扩展度递减。

b. 随机制砂替代天然砂的掺量递增，混凝土强度、密实度略微递增。

c. 随机制砂替代天然砂的掺量递增，混凝土和易性、泵送性逐渐变差。

针对以上数据，结合机制砂与天然砂的技术性能上的区别，做以下分析探究：

a. 由于材质原因、加工工艺与设备原因，在碎石生产中所产生的石屑与天然砂相比较，大都存在表面粗糙、多有棱角，形状多为梭形、三角形，针片状含量很高等特点。针片状的细骨料在混凝土内部浆体中形成了一种“篱笆”作用，使包裹粗细骨料的水泥浆层减薄，润滑作用减弱。当针片状细骨料愈多，它们相互间作用更易产生交叉搭接现象，在新拌混凝土中形成网络结构，起到支撑骨架的作用，由此混凝土的整体流动性也随机制砂掺量的增加而明显降低。

b. 这里所使用的机制砂为石屑经过一定工序与设备的筛分与清洗得到，因此不可避免的含有一定量的粒径小于0.075的石粉与泥粉，其中两种物质应区别对待。一定量的石粉，能在混凝土各相界面中起到填充、密实、保水、润滑、胶凝等效果。它使得水泥浆体密实，孔隙率减小，有效改善混凝土和易性。从而对混凝土强度、抗渗性能以及密实度有很好的提高作用。而泥粉却刚好相反。泥粉含量不仅对混凝土强度有害无益，而且对混凝土耐久性影响巨大。

c. 机制砂掺量的提高使混凝土和易性变差。不仅是因为机制砂的细度模数较大，更是因为机制砂的颗粒级配差，2.36mm以上颗粒含量过多。一般情况下，通过适当增加砂率，可以解决和易性、可泵性、泌水性等问题。

4 生产工艺过程与使用实践总结

经过对一段时间内生产工艺调整与生产使用实践，总结如下事项：

4.1 选取粒径合理，形状优良，粘土矿物含量低的石屑

（1）石材。石灰岩质、凝灰岩质等石材破碎形成的石屑针片状颗粒含量相对更低。

（2）破碎机。宁波普遍使用颚式破碎机、反击式破碎机、圆锥式破碎机，而相对而言反击式破碎机、圆锥式破碎机所产生的石屑针片状颗粒含量更低，因此优先使用这类机械所生产的石屑。

（3）粘土类矿物含量。大型石材在破碎前应尽量去除山皮土、夹层土与风化后的黄斑石。这类材质破碎后形成的石屑往往粘土类矿物泥粉含量很高。

4.2 石屑经过预均化堆放后再进行清洗。清洗过程中应注意

（1）清洗过程中应使用循环水系统，防止直接用自然水系清洗而造成二次污染。

（2）循环水系统中应增加沉淀池，清洗后的水应经一定时间沉淀后方能再作为清洗用水使用。防止清洗用水中泥粉含量高造成石屑越洗越不合格。

（3）保证成品中石粉含量在10%左右。《建筑用砂》GB/T14684中对石粉含量作了3%、5%、7%的上限规定，但是通过实践生产使用取得的经验，结合前文对石粉作用的分析，笔者认为：10%左右的石粉含量不仅能有效改善机制砂颗粒级配，改善混凝土保水性、和易性、可泵性，而且能提高混凝土强度、抗渗性能。成品机制砂中粉类含量控制的关键是留石粉去泥粉，充分重视亚甲蓝MB值数据的试验，加强清洗工艺的控制。最后，石粉含量不可仅仅局限于标准规范要求，注重各自生产使用企业经验数据的累积与统计。

4.3 配合比设计与应用中，应充分考虑机制砂的细度模数大、颗粒级配差的特点

（1）在试验与生产实践中摸索出适应各自企业的机制砂替代掺量。泵送混凝土以40%以下为宜，长距离、高距离泵送则以30%为宜。

（2）选用细度模数2.3左右的中细砂，则与机制砂混合形成的混合砂颗粒级配更为合理，密实度更好。

（3）考虑随机制砂替代掺量增加，混凝土坍落度、扩展度递减的问题，与基准配合比相比，适量增加外加剂掺量来增加混凝土坍落度、扩展度。

（4）当成品机制砂细度模数较大，则可以减少替代掺量或增加砂率来调整混凝土和易性。

5 结束语

石屑再加工成的机制砂作为建筑用砂使用，与天然砂相较有很多优势。

（1）环保优势：利用尾矿石屑这类废弃资源，节约了大量的人力、物力与堆放场地等资源，符合可持续发展的基本国策。

（2）品质优势：与天然砂的品质不稳定性相较，通过稳定的原料管理与生产工艺管理，这类机制砂颗粒级配等技术指标稳定一致，甚至能改善增强混凝土拌合物的各项性能，更可以按照各类需求来进行调整，以满足施工要求。

（3）成本优势：在天然砂供应日益窘迫，价格日益高涨的今天，规模化的生产并使用此类机制砂可以产生相当可观的经济效益。

[1]GB/T14684-2001建筑用砂[S]

[2]段雄辉等. 预拌泵送混凝土用机制砂的生产工艺及质量控制 [J].混凝土， 2006 ， 27-31

[3]王跃松等. 机制砂在混凝土中的应用技术研究[J].商品混凝土，2005（5）