CaCO3型廢石粉對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

魏忠，張新勝，魏桃山，賈亞瓊

（河南中建西部建設(shè)有限公司，河南　鄭州　451450）

CaCO3型廢石粉對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究

魏忠，張新勝，魏桃山，賈亞瓊

（河南中建西部建設(shè)有限公司，河南鄭州451450）

本文從 CaCO3型廢石粉的特性進(jìn)行研究，通過(guò)不同摻量廢石粉膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)和混凝土配合比優(yōu)化，對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的廢石粉混凝土進(jìn)行工作性能、力學(xué)性能的檢測(cè)和分析，研究廢石粉混凝土的工作機(jī)理及主要問(wèn)題。結(jié)果表明通過(guò)技術(shù)手段可以有效改善廢石粉混凝土的各項(xiàng)性能，并且滿足施工要求，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和推廣意義。

碳酸鈣；廢石粉；配合比優(yōu)化

0　引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程的加快，建筑業(yè)在不斷地發(fā)展。混凝土是建筑業(yè)的脊梁。商品混凝土中的天然河砂日益短缺，已經(jīng)無(wú)法滿足行業(yè)的需求，同時(shí)天然河砂的價(jià)格在不斷上漲，越來(lái)越多的混凝土企業(yè)選擇使用破碎的石灰石來(lái)替代細(xì)集料。石灰石破碎過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的碎屑及石粉，這些碎屑和石粉大量堆積，造成了環(huán)境污染和資源浪費(fèi)。如果能合理有效地利用這些廢石粉，不僅可以節(jié)約資源，還能改善環(huán)境，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

廢石粉中含有大量的石屑和石粉，石屑棱角較多，可以替代一部分粗集料；石粉可以替代一部分細(xì)集料或者膠凝材料。關(guān)于石灰石粉在混凝土中所起的作用有兩種觀點(diǎn)：一種認(rèn)為石粉是一種惰性摻合料，它不參與水泥的水化過(guò)程，只是在混凝土中起微集料填充作用；另一種則認(rèn)為石粉參與水泥的水化過(guò)程，并且對(duì)混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能都有一定的影響。本文主要研究碳酸鈣型的廢石粉對(duì)混凝土性能的影響及相關(guān)問(wèn)題的解決方法和途徑。

1　試驗(yàn)材料的選擇

1.1水泥

為了有效控制水泥顆粒組成對(duì)水化熱的影響，降低水泥水化速度，應(yīng)選擇顆粒分布較寬的水泥，這樣有利于實(shí)現(xiàn)混凝土的高流動(dòng)性、低坍落度損失、高后期強(qiáng)度和優(yōu)良耐久性。本試驗(yàn)選用新鄉(xiāng)天瑞水泥廠生產(chǎn)的 P·O42.5水泥，相關(guān)指標(biāo)檢測(cè)如表1、表2所示。

表1　水泥物理性能指標(biāo)

表2　水泥化學(xué)成分分析　　%

1.2礦物摻合料

優(yōu)質(zhì)粉煤灰和礦粉對(duì)混凝土的和易性起著重要的作用，故在礦物摻合料的選擇上要慎重。本試驗(yàn)選用的粉煤灰為河南焦作電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，其物理性能指標(biāo)如表3所示。

表3　粉煤灰物理性能指標(biāo)

礦粉為新鄉(xiāng)新星 S95礦粉，其物理性能指標(biāo)如表4所示。

表4　礦粉物理性能指標(biāo)

1.3骨料

骨料的顆粒形狀及表面狀態(tài)直接影響著新拌混凝土的流動(dòng)性能，對(duì)于廢石粉混凝土來(lái)說(shuō)，石子自身的含泥量對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性顯得很關(guān)鍵。本試驗(yàn)中石子為滎陽(yáng)賈峪鎮(zhèn)5～20mm 連續(xù)級(jí)配碎石，砂子為賈峪鎮(zhèn)機(jī)制砂和水洗砂混合后的中砂，相關(guān)物理性能指標(biāo)如表5、表6所示。

表5　粗骨料物理性能指標(biāo)

表6　細(xì)骨料物理性能指標(biāo)

1.4廢石粉的化學(xué)組成

廢石粉選用滎陽(yáng)某石料加工廠生產(chǎn)石子剩下的碎料，其含粉量為18%，其化學(xué)組成如表7所示。

表7　石粉的化學(xué)組成　%

1.5減水劑

本試驗(yàn)所用減水劑為河南科之杰生產(chǎn)的脂肪族高效減水劑，其物理性能指標(biāo)如表8所示。

表8　減水劑物理性能指標(biāo)

2　試驗(yàn)過(guò)程及方法

2.1廢石粉膠砂試驗(yàn)

由于廢石粉中含有碎石顆粒，在進(jìn)行膠砂試驗(yàn)時(shí)，需將廢石粉用4.75mm 的篩子進(jìn)行篩分，測(cè)得廢石粉中含粉量為18%，細(xì)度為25%。將篩出的石粉進(jìn)行膠砂試驗(yàn)，按照0%、5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50% 的取代率取代水泥。

表9　不同摻量廢石粉的膠砂試驗(yàn)

圖1　廢石粉膠砂試驗(yàn)抗折強(qiáng)度圖

圖2　廢石粉膠砂試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度圖

由圖1～2、表9可以看出：

（1）摻入廢石粉的膠砂試塊3d 和28d 的抗折強(qiáng)度，整體上是隨著石粉摻量的增加而降低；石粉摻量在5%～25% 范圍內(nèi)，3d 抗折強(qiáng)度影響不大，處于相對(duì)平穩(wěn)的狀態(tài)；石粉摻量在30%～50% 范圍內(nèi)，抗折強(qiáng)度降低趨勢(shì)較明顯。由此可以得出：對(duì)于石粉膠砂試塊早期強(qiáng)度而言，25%～30% 是石粉摻量的一個(gè)相對(duì)臨界值。

（2）摻入廢石粉的膠砂試塊3d 和28d 的抗壓強(qiáng)度，同樣整體上是隨著石粉摻量的增加而降低，石粉摻量在0%～30% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度下降趨勢(shì)較為明顯；當(dāng)廢石粉摻量超過(guò)30% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度基本趨于穩(wěn)定，摻量在30%～50% 范圍內(nèi)，抗壓強(qiáng)度變化值在5MPa 以?xún)?nèi)。

3.2廢石粉取代粉煤灰及砂子試驗(yàn)

將原始廢石粉按照普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別設(shè)計(jì) C15、C20、C25和 C30四個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的廢石粉混凝土，廢石粉采用內(nèi)摻法，分別取代不同數(shù)量的粉煤灰和機(jī)制砂，檢測(cè)其力學(xué)性能和工作性能。

不同摻量廢石粉的混凝土配合比及性能測(cè)試結(jié)果詳見(jiàn)表10、表11。

由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：（1）同等級(jí)混凝土在水灰比相同的條件下，對(duì)減水劑的需求隨著廢石粉摻量的增加而增加，但是混凝土和易性有明顯的改善，比普通混凝土流動(dòng)性好，粘聚性強(qiáng)，泌水少，保水性好。這主要是由于廢石粉在混凝土中起到了水泥漿體的作用。

表10　不同摻量廢石粉的混凝土配合比試驗(yàn)

表11　不同摻量廢石粉混凝土的工作性能

（2）在同強(qiáng)度等級(jí)條件下，未摻加廢石粉的混凝土的早期強(qiáng)度比摻加廢石粉的混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展的要快，這是由于水泥的水化速度要高于廢石粉的水化速度。

（3）在一定范圍內(nèi)，廢石粉混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著廢石粉摻量的增加而增加，泌水率隨著廢石粉摻量的增加而降低，這是由于廢石粉中的石粉是碳酸鈣型，水化后水硬性較好，密實(shí)度較高。

（4）廢石粉混凝土的初凝和終凝時(shí)間均比普通混凝土略長(zhǎng)，其容重也比普通混凝土略高。

3　試驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）隨著石粉含量的增加，混凝土坍落度先是增加，而后又減小，加入外加劑后又增加。這說(shuō)明摻入適量的廢石粉可以增加漿體的量，從而對(duì)混凝土的工作性能有改善；但繼續(xù)摻加廢石粉，由于廢石粉中石粉的吸水作用使混凝土變得粘稠，混凝土的坍落度降低；加入外加劑后，廢石粉混凝土的保水性能得以發(fā)揮，混凝土流動(dòng)性大大改善。

（2）廢石粉膠砂實(shí)驗(yàn)中，廢石粉中石粉的摻入并沒(méi)有提高膠砂試塊的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，可見(jiàn)廢石粉的活性較低，甚至沒(méi)有活性，廢石粉基本上不參與水化作用。

（3）隨著廢石粉摻量的增加，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)先減小又增加的趨勢(shì)。當(dāng)廢石粉含量在一定的范圍內(nèi)時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度會(huì)有所提高；當(dāng)廢石粉含量超出該范圍時(shí)，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因廢石粉的品質(zhì)和含粉量的不同，該極限范圍會(huì)有所不同。

（4）由于廢石粉中含有大量的石屑，石屑棱角較多，低摻量廢石粉加入后，廢石粉需水量小于普通混凝土，在同等級(jí)混凝土條件下，廢石粉混凝土的空隙率要低于普通混凝土，空隙率減少，密實(shí)度提高，抗壓強(qiáng)度從而提高，既而使廢石粉混凝土的抗?jié)B透性要高于普通混凝土。

4　結(jié)論

（1）當(dāng)廢石粉含量在5%～30% 時(shí)，廢石粉混凝土的抗壓強(qiáng)度及抗拉強(qiáng)度要高于同齡期同等級(jí)普通混凝土， 抗凍、抗?jié)B性比普通混凝土好。

（2）廢石粉摻量在5%～30% 范圍內(nèi)，混凝土的單方用水量下降3～7kg/m3，外加劑摻量有所下降。但是當(dāng)廢石粉摻量高于30% 以上時(shí)，單方用水量有所上升，外加劑摻量也會(huì)隨之增加，混凝土和易性有所提高。

［單位地址］河南省鄭州市金水區(qū)經(jīng)三路與農(nóng)業(yè)路交叉口財(cái)富廣場(chǎng)2棟7樓河南中建西部建設(shè)有限公司（451450）

Experimental study on the influence of CaCO3powder on properties of concrete

Wei Zhong, Zhang Xinsheng,Wei Taoshan,Jia Yaqiong
(China Construction Commercial Concrete Henan Co., Ltd., HenanZhengzhou451450)

This article based on the CaCO3model to study the characteristics of the waste stone powder, through different quantity of waste rubber powder sand strength test and the optimization of concrete mixture ratio, and waste powder of different strength grade concrete working performance, mechanical property testing and analysis, the research of the waste stone powder concrete working mechanism and main problems. Experimental results showed that through technology can effectively improve various properties of the waste stone powder concrete, and meet the construction requirements, has the good economic value and popularization meaning.

calcium carbonate; the waste stone powder; mix optimization

魏忠（1983－），男，新疆烏魯木齊人，河南中建西部建設(shè)有限公司總工程師，主要從事高強(qiáng)高性能混凝土的研究及商品混凝土生產(chǎn)技術(shù)管理工作。