石灰石资源在混凝土中的应用研究.pdf

2 0 1 1年 第 1期 (总 第 2 5 5 期 ) N u mb e r 1 i n2 0 1 1 ( T o t a l No 2 5 5 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M r ERI AL AND ADM【 N CL E d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 。 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 1 O 1 0 2 9 石灰石资源在混凝土中的应用研究 刘江红 l 2 。刘运华 。何智海 。 ( 1 郴州市建设工程质量安全监督管理站，湖南 郴州 4 2 3 0 0 0 ；2 中南大学 土木建筑学院，湖南 长沙 4 1 0 0 7 5 ； 3 东南大学 材料科学与工程学院，江苏 南京 2 l l 1 8 9 ) 摘要： 针对天然建筑材料日 益枯竭和碎石生产过程中产生的资源浪费情况， 开展了石灰石破碎分级形成碎石、 机制砂和石灰石粉以取 代河砂和粉煤灰在混凝土中的无污染资源最大化应用研究。 工程实践表明： 与普通预拌混凝土相比， 此类混凝土可控性强， 综合效益显著， 对拓展和提高混凝土应用技术水平具有很好的借鉴意义。 关键调： 石灰石资源l机制砂；石灰石粉；应用 中圈分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) O l 一 0 1 0 3 0 3 Ap p l k t i o n r e s e a r c h o f l i me s t o n e r e s o u r c e s i n c o n c r e t e LI U J i a n g - h o n g1 ,2 LJ U Yu mhu a HE Zh i - h a i ( 1 S t a t i o n o f I n s p e c ti o n a n d S u p e r v i s eo f Qu a l i t y o f C o n s t r u c t i o nE n g in e e r i n go f C h e n z h o uC i ty, C l t e z h o u4 2 3 0 0 0 ， C h i n a ； 2 Ci v i 1 En g i n e e r ingDe p a r t me n t o f Ce n t r a l S o uthUn i v e r s i ty， Ch a n g s h a41 0 0 7 5， Ch i n a ； 3 C o l l e g e o f Ma t e ri a l s S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， S o u t h e a s t U n iv e r s i ty， Nanj in g 2 1 I 1 8 q C h i fl a ) A b s t r a c t ： I n o r d e r t o s o l v e t h e t r o u b l e tha t c o n t a i n s th e i n c r e a s i n g e x h a u s t i o n s o f n a t u r a l b u i l d i n g ma t e ri a l s a n d t h e w ast e o f r e s o u r c e s i n p r o c e s s o f p r o d u c i n g a g g r e g a t e t h e n o - p o l l u t i o n an d ma x i mu m r e s o u r c e s a p p l i c a t i o n r e s e a r c h a b o u t l i me s t o n e s tag e c r u s h i n g t o p r o d u c e a g g r e g a t e ， ma c h i n e ma d e s and a n d l i me o n e p o wd e r f o r r e p l a c i n g ri v e r s and and fl y a s h Was s t u d i e d T h e e n gin e e r i n g p r a c t i c e s h o ws t h a t c o mp are dwi th o r d i n a r y c o mme r c i a l c o n c r e t e ， the c o n tro l l a b i l i t yand c o mbine d r e v e n u e s of t h i s c o n c r e are r e mark a b l e S Oas t oma k eu s e f u l s e n s e t o d e v e l o p and i mp r o v e the a p p l i e d t e c h n i c a l l e v e l of c o n cre t e K eyWOr ds ： l i me s t o n e r e s o u r c e s ； ma c h i n e ma d e s a n d； l i me o n epo wd e r ； a p pli c a t i o n 0 引言 随着经济发展， 建设规模不断扩大， 优质合格的天然建筑 材料 日渐枯竭1 】 ， 特别是用量很大的河砂以及随着预拌混凝土 普及而用量剧增的常用矿物掺合料 ， 如粉煤灰和矿渣等， 而碎 石厂在生产碎石时产生了大量小于 5 m 1 的石料， 如不加以有效 利用， 不仅浪费了石灰石资源， 而且占用大量耕地， 影响当地的 生态环境。 针对当地资源环境特点， 开展了石灰石资源破碎分级 形成碎石 、 机制砂和石灰石粉以克服当地缺乏足量河砂和合格 粉煤灰的建筑窘况， 实现了石灰石资源在混凝土中的无污染最 大化应用， 符合国家的节能减排政策。 1 石灰石 资源利用 以当地C a C O 含量 8 7 以上的石灰石资源为原料， 采用破 碎 、 过筛、 水洗以及粉磨等工序， 制备建筑所用的碎石 、 机制砂 和石灰石粉， 其工艺流程如图 1 所示。 通过控制筛网大小搭配， 可以制备出不同粒径碎石 ； 调节 筛网和水洗流量 ， 制备出石粉含量保持在 3 左右， 通过 0 3 1 5 筛孔不少于 1 5 ， 符合 2级配区， 细度模数为 2 6的机制砂； 粉 磨得到的石灰石粉 4 5 m方孔筛筛余百分比为 4 6 ， 图2为 收稿 日期 ：2 O L O - 0 8 - 2 5 基金项目：湖南省科技计划发展项目( 2 0 0 6 s k 4 0 1 7 ) 图 1 石灰石资源制备建筑材料工艺流程图 P O 4 2 5级水泥( c) 、 I I 级粉煤灰( F A) 和石灰石粉( L P ) 的粒度 分布和颗粒级配， 由此可以看出， 石灰石粉 1 0 I m( 7 - 1 3岬 ) 粒 度范围的细颗粒含量最多， 且1 0 p a n粒度的细粉含量是水泥 1 0 3 粒 度 IL m ( b ) 颗粒 级配 图 2 石灰石粉、 粉煤灰和水泥的粒度分布和颗粒级配 的两倍， 可以弥补水泥细颗粒的不足， 起到很好的密实填充增 强作用。 2 试验研究 2 1 原材料 水泥为玉山 P O 4 2 5级水泥； 粉煤灰为电厂干排 I I 级粉煤 灰； 天然河砂细度模数为 2 6 ， 符合 H级配区； 减水剂为萘系缓 凝高效减水剂； 石灰石资源制备的粒径 5 2 5 m m的碎石、 机制 砂和石灰石粉。 2 2试验 方案 采用对比试验比较了普通的C 4 0 混凝土( 记为A) 与石灰石 资源制备的原材料配制的混凝土( 记为 B) 的工作性、 强度和相 关耐久性指标 ， 其混凝土配合比见表 1 ， 测试结果见表 2 。 石粉这种惰性填充料， 不会像粉煤灰那样与 c a ( O H) 发生二次 反应， 有利于提高混凝土的抗碳化性能。 3工程 应 用 3 1工程 概 况 郴州市第一人民医院门诊综合楼工程位于市南塔路和国 庆路交汇的东北部 ， 为地下 2 层 ， 地上裙房 5层， 主楼 2 2层， 总 建筑面积为9 7 0 8 1 m z 的高层建筑， 主楼梁板和主楼柱及墙标高 5 4 1 7 m以上的现浇混凝土为 C 4 0 。 针对混凝土强度等级较高， 普通预拌混凝土难以满足浇筑方量的技术难题， 为保证浇筑的 连续性和工程质量 ， 公司经与业主商量 ， 与设计和监理等单位 协商， 决定采用 B类混凝土泵送施工浇筑。 3 2施 工工 艺流程 B类混凝土泵送施工是一个系统工程 ， 必须认真全面地考 虑各个环节， 其施工工艺流程见图 3 。 施工准备H混凝土配合比设计 H混凝土生产 I H 堡 圭 塑 墨- 望 堂 圭 垩 塑 B类泵送混凝施 T T艺流 程图 B类混凝土属于新型混凝土， 应对所有工作人员进行技术 交底， 把握控制要点； 检查机械设备运转情况和计量准确性以 及原材料的供应量和稳定性。 3 2 2 混凝土配合 比设计 B类泵送混凝土配合比设计方法可参照 J G J 5 5 2 0 0 O 普通 混凝土配合比设计规程 ， 混凝土的砂率可适当提高， 宜为 3 8 4 5 ， 石灰石粉掺量不宜大于 2 0 。 3 2 3 混凝土生产 测量机制砂和碎石含水率 ， 调整施工配合比； 其搅拌时间 应比普通预拌混凝土适当延长， 具体时间应根据现场试拌试验 确定， 其搅拌制度见图 4 ； 配合比第一次使用时， 应由相关技术 负责人主持， 做开盘鉴定 ， 同时调整配合比， 直至工作性能满足 要求。 l 干拌3 0 s l l 搅拌3 0 s l I 搅拌6 0 s 以上l 广 一 厂 一 T 一 厂 J一 一 f 卜 _ 上 上咂 l 图 4 B类泵送混凝 搅拌制度 表1 混 凝土 配合比 k g m 3 2 4 混凝土运输、 浇筑和养护 表 2 测试结果 由表 2可以看出， B类混凝土由于掺用了表面粗糙尖锐、 多棱角的机制砂 ， 不利于混凝土的流动， 因此其初始坍落度小 于 A类混凝土 ， 但石灰石粉相 比于粉煤灰是一种惰性材料 ， 减少 了混凝土坍落度的经时损失； 石灰石粉的密实填充效应明显提 高了混凝土的早期强度 ， 但粉煤灰的活性效应促使 A类混凝 土后期强度反超 B类混凝土， 两者均达到了C 4 0强度要求； 石灰 】 0 4 当B类混凝土的工作性能经时损失后 ， 不能满足要求时， 可在试验验证的基础上通过加人减水剂进行调整， 混凝土搅拌 运输车至少应高速旋转 3 mi n ， 使混凝土均匀一致 ， 经检验合格 后方可卸料， 绝对不允许加水； 自密实混凝土应在其高工作性 能状况消失前完成泵送和浇筑， 不得延误时间， 避免浇筑中断 或待料过久的情形发生； 泵送时， 应根据 自密实混凝土性能、 构 件形状和配筋状况等 ， 结合试验结果及施工实际情况确定浇筑 速度， 保证浇筑连续性 ； 浇筑后 ， 应及时加以覆盖， 防止水分散 失， 并在终凝后立即洒水或者喷雾养护， 洒水次数应以能保持 混凝土表面湿润为准 。 3 2 5 检测评定 在规定龄期内对 B类混凝土进行跟踪检验， 参照留样试块， 结合回弹法和钻芯取样法发现， 混凝土外观光滑平整， 表面无 斑点和水纹现象， 无蜂窝、 麻面、 露筋、 裂缝和孔洞等缺陷， 其碳 舡 化深度较普通商品混凝土浅， 强度较高， 完整性好。 3 3效应分析 3 3 1 社会效应 石灰石资源破碎如只用于碎石的生产应用， 既造成了资源 浪费 ， 也会引起严重的环境污染； 把石灰石资源破碎精加工分 级形成碎石 、 机制砂和石灰石粉， 以取代 日益紧缺的天然河砂 和粉煤灰， 实现了石灰石资源在混凝土中的无污染最大化应用， 符合国家的可持续发展战略和节能减排政策。 3 - 3 2 技术效应 针对河砂和粉煤灰 日益匮乏的建筑困境 ， 开展石灰石资源 在混凝土中的碎石 、 机制砂和石灰石粉应用研究， 可以提供足 量的优质混凝土以保障当地城区的建设 ， 同时改善了混凝土品 质 ， 提高了其绿色度和应用技术水平。 3 3 3 经济效益 当地粉煤灰质量不稳定， 有时达不到 级标准， 价格约为 1 2 8 元 t ， 石灰石粉按 2 0 取代水泥计， 每立方米混凝土可节约 8 元左右； 机制砂价格比河砂每吨便宜 1 5 元左右 ， 每立方米混 凝土可节约 1 2 元左右。 每年按 5 0万立方米泵送混凝土计， 可节 约工程成本 1 0 0 0多万元。 此外， 还可以节省材料从外地的转运 成本以及减少因材料波动引起质量缺陷的修复费用， 间接经济 效益十分显著。 上接第 1 O 2页 表 5混凝 土热学性能试验 结果 编号 膨胀剂掺量 导温系数 导热系数 质量热容线膨胀系数 Mg o NF - M2 1 0 4 m2 h ) ( W ( m K) ) ( J ( k g K) ) 1 0 4 I( ) 注： 导热系数 W ( ms K) = 3 6 k J ( m h K) 。 NF M： 混凝土抗压强度降低 5 6 ， 掺 Mg O膨胀剂抗压强度降 低 4 o 1 3 。 膨胀剂对混凝土劈拉强度影响规律与抗压强度类似。 ( 2 ) 掺入 N F M： 和 Mg O混凝土的弹性模量和极限拉伸值 均有不同程度降低 ， 其中掺 N F M： 混凝土降幅尤为显著 ， 且水 胶比越大， 降幅越明显。 ( 3 ) 掺 N F M2 和Mg O有利于减小混凝土收缩， 掺 3 MG O 混凝土体积膨胀量小于掺 1 0 NF M2 混凝土。 ( 4 ) 掺人膨胀剂 N F M 和 Mg O均会增大混凝土的早期干 缩，但在水化后期掺 Mg O混凝土干缩率小于基准混凝土， 而 掺 N F M： 混凝土干缩率大于基准混凝土。 ( 5 ) NF M： 和 M譬 O膨胀剂对混凝土的热学性能影响甚微。 4结 论 针对当地建筑困境， 结合自然环境特点 ， 开展石灰石资源 破碎分级形成碎石、 机制砂和石灰石粉以取代河砂和粉煤灰在 混凝土中的应用研究， 不仅保护了生态环境， 实现了石灰石在 混凝土中的资源最大化应用， 拓展提高了混凝土的应用技术水 平。 工程实践表明， 与普通预拌混凝土相比， 此类混凝土质量较 好， 可控性强， 综合效益较高 ， 发展潜力大， 对开发预拌混凝土 市场具有很好的启发和借鉴作用。 参考文献 ： 【 1 】王彩波， 李伟 ， 宋建夏 昆凝土材料可持续发展探讨 科技资讯 ， 2 0 0 8 ( 2 4 ) ： 6 4 6 5 2 】陈剑雄， 李鸿芳， 陈鹏， 等石灰石粉锂渣超早强超高强混凝土研究叨 硅酸盐通报， 2 0 0 7 ， 2 6 ( 1 ) ： 1 9 0 1 9 3 作者简介 ： 单位地址 ： 联系电话 刘江红( 1 9 6 7 一 ) ， 男， 工程师， 在职研究生， 主要从事混凝土 的研究和质量管理工作。 湖南省郴州市七里大道 1 3 2 号 质安大厦建设工程质量安 全监督管理站( 4 2 3 0 0 0 ) 1 3 9 7 5 5 4 0 4 2 6 参考文献 ： 1 】 杨华全， 李文伟 水工混凝土研究与应用 M 】 E 京 ： 中国水利水电出 版社。 2 0 0 5 ： 1 7 8 1 7 9 ， 2 0 1 2 0 2 【 2 2李方贤， 陈友治， 龙世宗， 等 M g O膨胀剂对混凝土的性能影0 NJ 武 汉理工大学学报， 2 0 0 9 ， 3 1 ( 1 1 ) ： 5 2 5 5 【 3 】徐玲玲 ， 邓敏 新型镁质膨胀材料的制备 J 】 _ 材料科学与工程学报 ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 2 4 9 2 5 3 4 】 陈小成 膨胀剂在高I性能混凝土中的应用研究 J 】 建筑与工程， 2 0 0 8 ( 2 1 ) ： 4 4 2 4 4 4 5 】 李承木 外掺 M g 0混凝土的基本力学与长期耐久性能【 J 】 水利水电 科技进展 ， 2 0 0 0 ， 2 0 ( 5 ) ： 3 0 3 5 6 6 李承木， 杨元慧 氧化镁混凝土自生体积变形的长期观测结果【 J 】 水 利学报， 1 9 9 9 ( 3 ) ： 5 4 5 8 7 】 李鹏辉， 许维， 刘光廷 外掺氧化镁混凝土水化宏细观试验研究们 水 力发电学报， 2 0 0 4 ， 2 3 ( 5 ) ： 2 8 3 1 作者简 介 单位地址 联系电话 ： 谢莎莎( 1 9 8 6 一 ) ， 女 ， 在读硕士研究生。 湖北省武汉市黄浦大街2 3 号 长江水利委员会长江科学 院( 4 3 0 0 1 0 ) 1 5 O 71 2 49 9 4 0 中联 CI F A精品搅拌机械全国巡展郑州站成功举办 2 0 1 0年 1 2月 1 5日， 一场寒流袭卷全国， 以“ 传递精彩， 共筑未来” 为主题的中联 C I F A精品搅拌机械全国巡展， 在中原大地郑 州隆重启航， 为河南客户送来了中联重科的热情和温暖。 中联重科此次在岁末年初重磅推出中联 C I F A精品搅拌机械系列产品， 并选择在设备施工和采购的淡季举行全国巡展， 目的在 于以全新的产品定位和市场策略， 为客户创造最高综合性价比的产品和服务， 并且使客户可以近距离感受、 品鉴中联 C I F A精品搅 拌机械的独特魅力， 感受中 联重科与客户共同创造企业价值和社会价值的发展理念。 1 0 5