花崗巖粉對混凝土性能影響研究

江達宣，連亞明，王培新，葉天駒，李式龍，鄭佳財

（1.廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建　廈門　361004；2.廈門天潤錦龍建材有限公司，福建　廈門　361009）

花崗巖粉對混凝土性能影響研究

江達宣1，連亞明1，王培新1，葉天駒1，李式龍1，鄭佳財2

（1.廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，福建廈門361004；2.廈門天潤錦龍建材有限公司，福建廈門361009）

本文通過試驗研究了花崗巖粉取代部分水泥及與礦粉復摻對 C30 混凝土性能的影響，試驗結果表明，花崗巖粉與礦粉復摻的效果優于單摻，當摻量小于 10% 時，所配制出的 C30 混凝土具有良好的力學性能和抗碳化性能。

花崗巖粉；強度活性指數；工作性能；抗碳化性能

0　前言

福建省地勢多山，石材資源豐富，是全國最大的石材加工和出口省份，尤其集中在閩南地區。石材的加工主要采用切割工藝，切割的過程產生大量的廢棄物石粉，花崗巖粉就是其中的一種，目前，這些石粉均采用堆積或填埋處理，堆積需要占用大量的耕地，甚至污染水資源，破壞生態環境。如果能將這些花崗巖粉再生利用作為混凝土礦物摻合料，不僅能解決其對環境的污染問題，而且可以解決現有礦物摻合料供應緊張局面，降低混凝土成本，提高資源利用率，實現混凝土行業的可持續發展[1-4]。

為此，本試驗嘗試將資源豐富的花崗巖粉分別替代部分水泥及與礦粉復摻，進行混凝土的配制及性能研究，主要從水泥膠砂強度、混凝土工作性、強度及抗碳化性能方面著手，探索將花崗巖粉用作混凝土摻合料的可行性，為其應用于預拌混凝土生產提供試驗依據。

1　試驗材料及配比

1.1試驗原材料

水泥：華潤水泥（龍巖）有限公司潤豐牌 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，其物理性能見表 1。

表1　水泥的物理性能

粉煤灰： F 類 Ⅱ 級灰，45μm 篩篩余 18.9%，需水量比98%，燒失量 1.5%。

礦粉：三鋼集團礦渣微粉有限公司 S95 級礦粉，比表面積 430m2/kg，流動度比 103%。

河砂：天然中砂，細度模數2.8，堆積密度 1460kg/m3，含泥量2.1%。

粗集料：5～31.5mm 連續級配碎石，堆積密度1380kg/m3，壓碎值指標 9.7%，針片狀含量 4%。

外加劑：福建科之杰新材料有限公司聚羧酸混凝土減水劑 Point-400，減水率 18%。

水：生活用水，符合 JGJ 63-2006 《混凝土用水標準》中規定的拌合用水要求。

花崗巖粉：福建省龍海市隆盛石料場，45μm 篩篩余量為12%，含水量為 0.5%，燒失量為 0.99%，化學成分見表2。

表2　花崗巖粉化學成分　　　　　　　%

1.2試驗主要儀器及方法

SF-150 型水泥細度負壓篩析儀、CDT 1305-2 微型抗壓抗折試驗機、YAW4306 微機控制電液伺服壓力試驗機、CABRHTX12 型混凝土碳化試驗箱。

花崗巖粉的細度按照現行 GB/T 1345—2005《水泥細度檢驗方法 篩析法》所列的負壓篩分析法進行試驗。

花崗巖粉的活性指數、含水量按照現行 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的有關規定，并將粉煤灰替代為花崗巖粉后進行試驗。

混凝土拌合物性能測試按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》操作。

抗壓強度測試按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》操作。

混凝土抗碳化試驗依據 GB 50082—2009《普通混凝土長期性能與耐久性能試驗方法標準》中相關規定執行。

1.3試驗參數

首先將花崗巖粉等量作為摻合料，并減少等量的水泥用量，檢驗其對水泥膠砂流動度及膠砂試塊強度的影響。

試驗采用花崗巖粉以不同比例取代水泥用量與礦粉復摻作為摻合料，研究其對 C30 混凝土工作性能、力學性能以及抗碳化性能的影響。

2　試驗結果與分析

水泥膠砂流動度、28d 抗壓強度值見表 3。混凝土工作性能、力學性能及抗碳化性能測試結果見表 4、5。

表3　膠砂試驗結果數據

表4　花崗巖粉為摻合料配制 C30混凝土及相關性能測試結果　　　 kg/m3

表5　花崗巖粉與礦粉復摻混凝土相關性能測試結果

2.1花崗巖粉對水泥膠砂性能的影響

圖1　花崗巖粉不同摻量對水泥膠砂性能影響

圖2　花崗巖粉單摻對 C30 混凝土強度影響

從表 3 和圖 1 可以看出，花崗巖粉取代水泥 0%～30%的范圍內，對水泥膠砂性能影響表現在以下幾點：隨著花崗巖粉摻量的增加，水泥膠砂流動度及28d 抗壓強度都呈減小趨勢。其中花崗巖粉取代率在 15% 以內，對水泥膠砂流動度影響較小，超過該范圍后，隨著其摻量的增加，水泥膠砂流動度呈明顯減小趨勢。隨著花崗巖粉摻量的增加，水泥膠砂抗壓強度值出現不同程度的降低，其活性指數也隨之降低。再結合表2 可以看出，花崗巖粉主要成分為 SiO2和 Al2O3，含量高達 70% 以上，CaO 含量較少。根據火山灰質混合材的活性是指其中的氧化硅和氧化鋁能與石灰或者水泥中析出的Ca(OH)2直接反應生成具有水硬性的水化產物。從花崗巖粉化學成分分析和水泥膠砂活性指數可以看出花崗巖粉不具有活性，為惰性材料，在水泥制品中主要起到填充作用。

2.2花崗巖粉對混凝土性能的影響

從表 4 混凝土配比中的外加劑用量和表7中混凝土工作性坍落度變化情況可看出，隨著花崗巖粉取代水泥量的逐漸增加，混凝土坍落度變大。其原因在于花崗巖粉為惰性材料，不與水發生水化反應且吸水性較差，配合比中水的用量一直保持不變，隨著花崗巖粉取代量的增加使得新拌混凝土中的自由水含量增大，同時由于花崗巖粉的顆粒較細，可作為微集料填充在水泥與礦物摻合料之間，改善混凝土材料的顆粒級配，在上述綜合作用下混凝土坍落度增大。此外，花崗巖粉密度小于水泥的密度，在膠凝材料總量不變的情況下，混凝土的漿含量增加，從而改善了混凝土的和易性，提高了混凝土的工作性[5-7]。從圖2 可以看出隨著花崗巖粉摻量的增加，混凝土抗壓強度呈減小趨勢，當花崗巖粉摻量為10% 時，混凝土強度能夠滿足設計要求。

2.3花崗巖粉與礦粉復摻對混凝土性能影響

圖3　花崗巖粉與礦粉復摻對混凝土強度影響

圖4　花崗巖粉與礦粉復摻對混凝土抗碳化影響

由圖 3 可知，當花崗巖粉逐漸取代礦粉，摻量為 5%時，與基準 H-5（礦粉摻量25%）相比混凝土抗壓強度 7d 下降 1.8MPa，28d 下降 3.1MPa，60d 下降 3.6MPa；摻量為 10%時，與基準 H-5（礦粉摻量25%）相比混凝土抗壓強度 7d 下降7.4MPa，28d 下降 6.8MPa，60d 下降 5.4MPa；花崗巖粉摻量增加至 15%，與基準H-5相比混凝土抗壓強度 7d 下降8.3MPa，28d 下降 10.7MPa，60d 下降 11.3MPa。由此可知，隨著花崗巖粉摻量的增加，礦粉摻量的減少，混凝土強度下降，其主要原因在于花崗巖粉活性較低，不具有火山灰活性及二次水化反應，花崗巖粉逐漸取代礦粉后，主要起到填充料作用，導致混凝土強度會下降較為明顯。當花崗巖粉摻量為 10% 時，混凝土28d 抗壓強度為 37.4MPa，強度能夠達到C30 混凝土配制強度要求。

由表 5 和圖 4 混凝土快速碳化結果可知，隨著花崗巖粉摻量的增加，混凝土各齡期碳化深度隨之呈增大趨勢。花崗巖粉取代礦粉摻量為 10% 時，混凝土快速碳化28d 碳化深度為 6.4mm，與基準 H-5（摻礦粉25%）混凝土的碳化深度相比增加2.1mm。結合圖 3 和 4 數據可知，隨著混凝土強度的增大，碳化深度變化的總趨勢為減小。

根據 JCJ/T 193-2009 《混凝土耐久性檢驗評定標準》混凝土抗碳化性能的等級劃分表可知，快速碳化試驗碳化深度 0.1mm≤d＜10mm 時，該混凝土抗碳化性能屬于 T-Ⅳ 級。在 (20±3)% 濃度下碳化28d，大致相當于在自然環境中 50年的碳化深度，從花崗巖粉與礦粉復摻混凝土快速碳化28d 結果來看，混凝土抗碳化性能指標均達到了 T-Ⅳ 級，表明該混凝土具有良好的抗碳化性能。

3　結論

（1）花崗巖粉不具有活性，為惰性材料，在水泥制品中主要起到填充作用。

（2）利用花崗巖粉取代水泥，有助于增大混凝土含漿量，增加混凝土的流動性，提高混凝土的工作性能，摻量不宜超過 10%。

（3）花崗巖粉與礦粉復摻，花崗巖粉摻量控制在 10%以內，對混凝土力學性能和抗碳化性能無明顯影響。

（4）利用花崗巖粉作為預拌混凝土礦物摻合料，摻量控制在 10% 以內，不僅能夠滿足混凝土性能要求，同時可以降低混凝土生產成本，減少環境污染，促進循環經濟發展，提高資源利用效率。

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［通訊地址］廈門市同安區新民鎮鳳嶺路 760 號（361100）

Study on the effect of granite powder on performance of concrete

Jiang Daxuan1, Lian Yaming1,Wang peixing1, Ye Tianju1, Li Shilong1,Zheng Jiacai2
(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., XiaMen361004;2. Xiamen TianRun Jinlong Building material Co., Ltd., Xiamen361009)

The granite powder to replace part of cement and the effect of doping on the properties of C30 concrete with slag powder was studied in this paper, the test results show that is better than single doped, granite powder and slag powder mixing, when the content is less than 10%, the preparation of the C30 concrete has good mechanical properties and carbonation resistance, to provide the experimental basis of ready mixed concrete as for granite powder.

granite powder; strength activity index; workability; carbonation

江達宣（1987—），男，助理工程師，主要從事建筑材料研發與應用。