摻石粉改性仿木構件研究

摻石粉改性仿木構件研究

王偉1,2

(1.廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司，廈門 361004；

2.廈門天潤錦龍建材有限公司，廈門 361027)

摘要：為解決仿木構件表面孔隙偏多、早期強度偏低等問題，采用石粉替代部分水泥的方法進行試驗研究。試驗結果表明:當石粉摻量為20%時，可以有效地改善拌合物的工作性能和仿木構件表面缺陷，并提高仿木構件制品的早期強度，加快模具周轉速率，提高工作效率。

關鍵詞：石粉；仿木構件；表面缺陷；早期強度；工作性能

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.018

Abstract:In order to solve the surface holes of the wooden and the low early strength，adding a suitable amount of limestone to replace cement to improve working performance and early strength of concrete. Results show that:when the content of limestone is 20%, Surface defects dramatically reduced.What’s more, the early strength was improved.This can speed up the mold flow rate,and improve the work efficiency.

收稿日期：2015-07-02.

作者簡介：王偉(1988-)，助理工程師.E-mail:xuanyingkg@126.com

Research of Imitation-wood Members Mixed with Limestone

WANGWei1,2

(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co,Ltd,Xiamen 361004,China

2.Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co,Ltd,Xiamen 361027,China)

Key words:limestone；imitation-wood members；surface defect;early strength ;working performance

著名建筑史學家梁思成在《中國建筑的特征》一書中寫道“中國始終保持木材為主要建筑材料，故其形式為木造結構之直接表現。其在結構方面之努力，則盡木材應用之能事，以臻實際之需要，而同時完成其本身完美之形體[1]。”國人對木質建筑情有獨鐘。

然而，木材由于其自身固有的缺陷，維護修葺需消耗巨大的人力、物力和財力。此外，可以用于修葺古建筑物的成年巨木，如老黃松、油松等已經很難找到，速生木材則很難達到要求。因此，一種新型的仿木材料應運而生—混凝土仿木構件[2,3]。

混凝土替代實木的仿木技術已經勢在必行，且應用也越來越廣泛。如沈陽廣福市大雄寶殿就是極具有代表性的混凝土仿木古建筑。此外，仿木圍欄、仿木欄桿、仿木花箱、仿木樹圍、仿木坐凳、仿木垃圾桶等小型仿木構件在市政工程中得到廣泛的應用。但由于這些構件的生產廠家大多數不具備專業的混凝土配合比設計能力，其生產配合比不規范，拌合物工作性能差，導致構件表面存在孔隙、裂縫等問題。該文采取在混凝土中摻適量石粉(limestone，LS)改性的方式進行試驗研究，以改善仿木構件表面缺陷、早期強度較低等問題。

1原材料

該試驗選用華潤水泥有限公司P·O 42.5潤豐水泥，初凝215 min，終凝270 min，3 d抗壓強度30.3 MPa，28 d抗壓強度54.6 MPa；選用福建省龍海市隆盛石料廠花崗巖石粉，比表面積4 570 m2/kg， SiO2含量52.2%，CaO含量7.1%；選用福建省廈門市海滄區天誠林建材經營部河砂中砂Ⅱ區，細度模數2.6，表觀密度2 560 kg/m3，含泥量0.6%；選用福建省廈門市海滄區天誠林建材經營部單粒級5 mm碎石，壓碎指標9.8%，含泥量0.1%；選用科之杰新材料集團有限公司Point-S 聚羧酸系高性能減水劑，減水率30%，含氣量4.7%，含固量18.7%；拌合水為生活用水，滿足現行行業標準JGJ 63—2006的要求。

2配合比設計

在水膠比相同的情況下，用石粉取代部分水泥作為摻合料，探究不同石粉摻量對混凝土拌合物工作性能的影響，以及摻石粉前后仿木構件表面質量是否有明顯改觀。具體配合比見表1。

表1　實驗所用配合比

3結果與分析

從表2可以看出，在水膠比不變的情況下，隨著石粉摻量的增加，混凝土的工作性能逐漸改善。摻量在20%以上時，混凝土的流動性、粘聚性和保水性都很好。從圖1中明顯看出，石粉摻量從0%增加到45%的過程中，1 h坍落度從100 mm增加到235 mm，1 h坍損從85 mm降低到0 mm；摻量大于30%時，1 h坍損明顯降低。

表2　石粉對混凝土工作性能和強度的影響

石粉對混凝土和易性和1 h坍損的改善主要得益于石粉的形態效應和填充效應。1)表面致密光滑的石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散劑的作用，能促進水化初期水泥顆粒的解絮，從而改善混凝土的工作性能。2)部分水泥被取代，水泥的用量降低，又石粉的表面能很小，導致整個體系反應速度也隨之減緩，因此工作性能得到改善，減小了坍落度的損失。3)由于石粉比水泥顆粒細度小，能夠填充在水泥漿體間隙中，起到填充骨架的作用，使混凝土拌和物的含氣量和泌水率都在減少，從而改善了混凝土的工作性。使得成型后的仿木構件表面致密光滑，表面孔隙減少甚至沒有孔隙。

從圖2中可以直觀的看出，對于混凝土試塊3 d強度，摻石粉改性后其強度會提高；當摻量為20%時，漲幅為21.7%，摻量超出20%，漲幅降低，摻量超過35%，會出現強度下跌。對于混凝土試塊7 d強度，摻量小于20%時，隨石粉摻量增加混凝土試塊強度隨之增加，最大漲幅23.2%。對于混凝土試塊28 d強度，石粉摻量小于20%時，與基準試塊相比，強度略有增長，但是摻量超過20%后，強度下跌比較嚴重，石粉摻量為45%時，最大下跌達到22.8%。

從圖2可以明顯看出，當石粉摻量一定時(小于20%)，石粉對混凝土試塊早期(3 d、7 d)強度有明顯加速作用，但是對混凝土試塊后期(28 d)強度，加速不明顯。摻量超過20%時，混凝土試塊強度有不同程度的下跌。

分析認為：石粉對混凝土試塊強度的影響是多方面的，只是各因素的影響程度不同。對石粉的加速效應和活性效應不能絕對的分開討論，二者同時存在，同時作用于水泥基材料，交互影響。水泥水化過程是一系列復雜的物理化學過程，C-S-H凝膠體系的形成，是提供強度的關鍵。C-S-H凝膠體系形成的基礎是晶核，然晶核借助于基體才能形成，而石粉可以降低成核位壘，更適于作為C-S-H凝膠的成核基體，因而加速了水泥水化速度。

現有的研究[4-6]表明石粉并非絕對惰性，它在水化的過程中可以與水泥中的C3A和C4AF發生反應，生成水化碳鋁酸鈣，從而改善水泥基材料的一些性能。但是其活性明顯低于水泥，因此摻量超過一定程度后，不足以彌補水泥摻量減少造成的強度損失，所以后期強度會降低。

由此，摻適量石粉可加速混凝土的早期強度，有利于縮短仿木構件拆模時間，加快模具周轉，提高工作效率。

4結論

a.得益于石粉的形態效應和填充效應，摻適量石粉可以改善混凝土的工作性能，成型的仿木構件表面致密光滑，幾乎沒有孔隙。

b.得益于石粉的強度加速效應，摻適量石粉(小于20%)可以提高混凝土的早期強度，有利于仿木構件的拆模，提高工作效率。

參考文獻

[1]梁思成．中國建筑的特征[J]．建筑學報，1954(1)：36-39.

[2]李瑞森.混凝土材料在仿古建筑中的應用體會[J].古建園林技術，2003(1)：26-27.

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[4]楊柳,宋少民.石灰石粉與礦物摻合料復摻對混凝土工作性及強度的影響[J]. 北京建筑工程學院學報，2010，26(2)：49-52.

[5]王振軍,尚繼攀,尚繼利. 石灰石粉用作水泥混合材與混凝土摻合料的研究進展[J].科技風，2010，(16)：86.

[6]楊華山,方坤河,涂勝金. 石灰石粉在水泥基材料中的作用及其機理[J]. 混凝土，2006(6)：32-35.