低活性石粉在中低強度混凝土中的應用研究

曾沖盛

(莆田市海宏混凝土有限責任公司 莆田仙游 351200)

引 言

我國建筑裝飾石材加工行業近年發展迅速，已成為世界最大的石材生產、消費和出口大國。與此同時，石材在加工工程中會產生大量的廢漿。根據石材加工方式的不同，廢漿量占所加工荒料重量20% ～30%，廢漿中含水約為50%，其余就是石粉。由于廢棄石料的隨意排放，造成石材加工企業周邊地區嚴重的粉塵污染和河流污染，成為環保重災區。在我國現代化工業的步伐不斷加快，對環境資源需求的不斷增大的時代背景下，如何有效利用廢棄石粉資源，成為亟需解決的重要問題[1－2]。

目前，國內學者主要針對具有一定膠凝活性的石灰石粉對混凝土性能的影響開展了一系列研究，而對低活性的花崗石、大理石粉等應用于混凝土的相關研究相對較少[3－9]。因此，研究低活性石粉在混凝土中應用技術，不僅可以降低商品混凝土成本，還可變廢為寶，有效解決我省石材加工企業每年產生數量巨大的石粉利用問題，具有良好的社會效益。

本試驗將低活性石粉(大理石粉和花崗巖粉)分別與粉煤灰、礦粉復摻，研究石粉對中低混凝土工作性、及強度及收縮性的影響，探索低活性石粉在混凝土應用可行性，并為其應用于預拌混凝土生產實踐提供相應的技術依據。

1 試驗

1.1 原材料

花崗巖粉、大理石粉:泉州市晉江石材廠石材加工產生的廢石粉。由于石粉含水率高達30%，故利用前在烘箱中100℃下烘干4～5小時，再放入SMΦ500*500臥式球磨機中粉碎10min，經測試其基本性能見(表1)。水泥:華潤水泥(龍巖)有限公司P·O42.5普通硅酸鹽水泥;粉煤灰:漳州后石電廠II級粉煤灰;礦粉:三鋼集團礦微粉有限公司S95級礦渣粉;石子:廈門隆錦旺建材經營部生產的5mm～31.5mm連續級配碎石;砂:廈門海城商貿有限公司生產的天然中砂，細度模數2.8;水:自來水;外加劑:福建科之杰新材料有限公司Point－400聚羧酸混凝土減水劑。

表1 石粉性能指標

1.2 試驗

將低活性石粉(大理石粉、花崗巖粉)以0% ～15%與粉煤灰、礦粉復摻，研究石粉對C25、C20混凝土工作性、強度以及收縮性的影響規律，試驗用配比見(表2，表3，表4)。工程應用試驗所用混凝土配合比(表9)。

表2 石粉與粉煤灰復摻對C25混凝土影響試驗

表3 石粉與礦粉復摻試驗對C25混凝土影響試驗

表4 石粉與礦粉復摻對C20混凝土影響試驗

2 分析與討論

2.1 惰性石粉對混凝土工作性能影響

表5 石粉與粉煤灰復摻對混凝土坍落度影響

表6 石粉與礦粉復摻對混凝土坍落度影響

從(表5)和(表6)可看出，隨著惰性石粉摻量的逐漸增加，外加劑摻量減小，混凝土流動性變好。其原因在于惰性石粉顆粒的摻入改善了混凝土拌合物中水泥顆粒級配，減少顆粒間的孔隙，釋放更多的自由水，起到一定的分散作用，從而降低混凝土拌合物需水量，改善了混凝土的工作性。

2.2 石粉對混凝土力學性能的影響

表7 石粉與粉煤灰復摻對混凝土抗壓強度影響

摻量為10%時，混凝土J3－A的28天抗壓強度31.7MPa與基準J1－0(粉煤灰摻量15%)相比降低了12.4%;當花崗巖粉完全取代粉煤灰摻量為15%時，混凝土J4－A的28天抗壓強度與基準J1－0相比下降30.9%，混凝土強度為25.0 MPa。當大理石粉取代粉煤灰摻量為10%時，混凝土J6－B的28天抗壓強度29.5MPa與基準J1－0下降18.5%;當大理石粉完全替代粉煤灰摻量15%時，混凝土J7－B的28天抗壓強度25.7MPa與基準J1－0相比下降29.0%，遠小于混凝土強度設計要求。從混凝土強度下降值可看出，惰性石粉與粉煤灰復摻取代水泥，對混凝土強度影響較大。

表8 石粉與礦粉復摻對混凝土抗壓強度影響

由(表8)可知，對于C25混凝土，當花崗巖粉取代礦粉摻量為10%時，混凝土L3－A的28天抗壓強度33.2MPa與基準L1－0相比降低了14.9%;花崗巖粉摻量增加至15%，混凝土L4－A的28天抗壓強度30.6MPa與基準L1－0相比降低21.5%。當大理石粉取代礦粉摻量為10%時，混凝土L6－B的28天抗壓強度35.9MPa與基準L1－0相比降低7.9%;大理石粉摻量增加至15%，混凝土L7－B的28天抗壓強度33.2MPa與基準L1－0相比降低了14.9%，混凝土抗壓強度為33.2MPa。

對于C20混凝土，當大理石粉取代礦粉摻量為15%時，混凝土H3－B的28天抗壓強度27.9MPa與基準H1－0相比降低10.0%;大理石粉摻量增加至20%，混凝土H4－B的28天抗壓強度25.9MPa與基準H1－0相比降低了16.5%。

因此，與粉煤灰復摻相比，石粉與礦粉復摻，對混凝土強度影響相對較少。其主要原因在于惰性石粉本身活性較低，而粉煤灰活性也較礦粉低，惰性石粉逐漸取代粉煤灰后，主要起到填充料作用，導致混凝土強度會下降較為明顯。

2.3 惰性石粉對混凝土收縮性能影響

圖1 惰性石粉與粉煤灰復摻對C25混凝土收縮影響

圖2 惰性石粉與礦粉復摻對C25混凝土收縮影響

從(圖1、圖2)C25混凝土收縮率可看出，在前14天混凝土收縮增長速率較快，14天后，混凝土收縮率趨于平穩。其主要原因在于，一方面，水泥硬化后未水化水泥繼續水化引起絕對體積的減縮，另一方面，C25混凝土密實性較差，內部孔隙較多，混凝土在不飽和的空氣中失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發生減縮。

當石粉與粉煤灰復摻時，較單摻粉煤灰混凝土，混凝土收縮率呈降低趨勢;當粉煤灰摻10%、大理石粉摻5%時，混凝土收縮率降到最低，混凝土J6－B的60天收縮率324.48×10－6比基準J1－0下降23.9%。當石粉與礦粉復摻時，混凝土收縮率也比基準L1－0有所降低，同時，石粉與礦粉復摻混凝土收縮率整體比石粉與粉煤灰的混凝土小;當礦粉摻10%、大理石粉摻15%時，混凝土收縮率降到最低，混凝土L7－B的60天收縮率279.65×10－6比基準L1－0下降15.5%。由于低標號C25混凝土，水膠比相對大，混凝土內部孔隙較多，而礦粉二次水化可使混凝土孔徑細化，連通孔減少，混凝土密實性提高，一定程度上緩解混凝土后期干燥收縮。

綜上所述，適當石粉與粉煤灰或礦粉復摻有利于改善混凝土硬化后的收縮。

2.4 工程應用試驗

為進一步驗證石粉對混凝土性能影響，通過生產中試試驗，模擬C20石粉混凝土在實際工程中的生產、運輸、泵送、澆筑、養護過程，以及對后續的強度性能的研究，發現生產中可能出現的問題與應對方法，完善石粉混凝土生產技術，為生產提供依據。

表9 工程應用試驗用C20混凝土配合比

從(圖3，圖4)制備的摻大理石粉混凝土和摻粉煤灰混凝土可看出，大理石粉取代粉煤灰，與礦粉復摻，制作的混凝土和易性變好，流動性增大，拌合物包裹性變好。而對摻粉煤灰混凝土拌合物的表面還冒黑，混凝土和易性較差。從工地現場坍落度結果來看，摻大理石石粉混凝土坍落度反而增大，流動性滿足施工性能要求，而摻粉煤灰的坍落度不變，流動性小，不滿足施工性能。從(表9)混凝土28d混凝土抗壓強度可以看出，摻大理石粉混凝土強度較摻粉煤灰混凝土小，富余系數小，但基本滿足能設計強度要求。

圖4 粉煤灰混凝土

3 結論

通過以上試驗研究，得出以下結論:

1)摻入低活性石粉有利于改善混凝土工作性能。

2)低活性石粉與礦粉復摻具有較好可行性，可兼顧經濟性和混凝土工作性能、強度及耐久性。

3)采用低活性石粉與礦粉復摻配制中低標號混凝土，石粉摻量宜控制在10%～20%

4)采用低活性石粉與粉煤灰復摻，對混凝土強度能影響較大，石粉摻量不宜超過10%。

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