不同巖性巖石粉對外加劑的吸附性能研究

2018-04-24 01:35:14王曉偉夏京亮周永祥任愛兵

建材世界 2018年2期

陳平，王曉偉，夏京亮，周永祥，任愛兵

(1.中國路橋工程有限責任公司，北京 100011；2. 中國建筑科學研究院，北京 100013；3.中國京冶工程技術有限公司，北京 100088)

當前，我國正在積極推進“一帶一路”發展戰略，肯尼亞是“一帶一路”戰略東非布局的首站，蒙內鐵路已建成通車，作為延長線的內馬鐵路正在建設。內馬鐵路是繼蒙內鐵路之后繼續完全采用中國標準設計施工、中國技術集成、中國管理經驗、中國機電設備建造的又一條國際干線鐵路，項目建設將進一步夯實中國鐵路標準在東非乃至整個非洲推廣應用的基礎。

肯尼亞大部分地區常年干旱，河流較少且水流量不大，河砂匱乏，且存在含泥量和泥塊含量過大、輕物質含量和有機物含量過多等質量問題，同時肯尼亞非常注重環境保護，其多個郡都有限制或禁止開采河砂的法律，而且內馬鐵路工程沿線缺少可以開采利用的河砂，采用機制砂是必然的選擇。在機制砂應用過程中石粉是其關鍵問題，機制砂中通常含有石粉，其性質和在混凝土中的作用，不能等同于天然砂中的泥含量[1,2]，目前已經有關于石粉不同含量對于混凝土性能影響的研究[3-5]，但是石粉本身，尤其是不同巖性石粉對于外加劑的吸附性能方面的研究成果還較少，該文采用不同巖性的石粉，研究了石粉對于外加劑的吸附性能，以期推動機制砂在內馬鐵路中的應用。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗原材料

試驗混凝土主要使用如下原材料進行配制：

1)水泥：采用肯尼亞拉法基集團控股Bamburi水泥廠生產的CEM Ι 52.5水泥，生產執行的標準為EN 197-1，初凝155 min，終凝255 min，3 d和28 d抗壓強度分別為27.2 MPa、58.6 MPa，比表面積320 m2/kg。

2)外加劑：聚羧酸減水劑(含固量為20%)、萘系減水劑和脂肪族減水劑。

3)巖石粉，包括片麻巖石粉(PMY)、花崗巖石粉(HGY)、玄武巖石粉(XWY)和石灰石粉(SHS)，基本技術指標見表1。

表1 不同巖石粉的基本技術指標

1.2 試驗方法

采用不同巖石粉在低水膠比、摻減水劑下的流動度比，評價不同巖石粉的吸附性能，選取3種具有代表性的粉劑減水劑(聚羧酸減水劑、萘系減水劑和脂肪族減水劑)，采用表2的試驗配比和實驗方法進行試驗(聚羧酸減水劑組的加水量為157.5 mL)，試驗最初將水膠比定為0.35，除聚羧酸減水劑能達到規定的要求外，萘系減水劑和脂肪族減水劑作用在水泥膠砂中，減水劑摻量從0.5%增加到4%，水泥膠砂都處于干燥狀態，達不到我們要求的流動性能，故將后兩種減水劑作用膠砂的水膠比增加至0.4。

表2 試驗配比和方法

注：(1)減水劑采用3種不同類型的減水劑。(2)通過減水劑調整基準膠砂的流動度為(180±5)mm，確定基準膠砂的減水劑用量。(3)受檢膠砂的減水劑用量同基準膠砂。(4)如果減水劑為水劑，則加水量應扣除外加劑中的該部分水。

2 結果與分析

2.1 水泥膠砂流動度比情況

不同天然巖石粉在低水膠比下對不同外加劑的吸附性能可以用流動度比來表示，其結果見表3。從表3可以看出：同一種巖石粉在不同減水劑的作用下，其水泥膠砂流動度比不同，外加劑為聚羧酸減水劑時，花崗巖石粉-水泥膠砂的流動度很低，為79%，片麻巖石粉-水泥膠砂的流動度比為87%，基本接近90%，玄武巖石粉-水泥膠砂的流動度比最好，為110%；在相同水膠比、不同減水劑(萘系減水劑和脂肪族減水劑)作用下四種巖石粉-水泥膠砂的流動度比規律一致：片麻巖石粉-水泥膠砂的流動度比最差，花崗巖石粉-水泥膠砂的流動度比次之，玄武巖石粉-水凝膠砂的流動度比最好。但是對比萘系減水劑組和脂肪族減水劑組，可發現片麻巖石粉-水泥膠砂組的流動度比為萘系減水劑組比脂肪族減水劑組高，而玄武巖石粉-水泥膠砂組和花崗巖石粉-水泥膠砂組則剛好相反，為脂肪族減水劑組高于萘系減水劑組。可見不同巖石粉對不同減水劑的適應性不同。

表3 天然巖石粉的流動度比

2.2 水泥膠砂強度情況

聚羧酸減水劑對巖石粉-水泥膠砂抗壓、抗折強度的影響見圖1、圖2。由圖1可知，各巖石粉-水泥膠砂7 d和28 d抗壓強度變化一致，片麻巖石粉-水泥膠砂和花崗巖石粉-水泥膠砂的7 d抗壓強度比基準組的抗壓強度高，片麻巖石粉-水泥膠砂的28 d抗壓強度和基準組相當，花崗巖石粉-水泥膠砂組比基準組高，而玄武巖石粉-水泥膠砂組和石灰石粉-水泥膠砂組的抗壓強度比基準組低；由表3可以看出，玄武巖石粉-水泥膠砂組和石灰石粉-水泥膠砂的流動度比比片麻巖石粉-水泥膠砂組和花崗巖石粉-水泥膠砂組高很多，相同用水量和相同外加劑摻量情況下，流動度比越大，說明體系自由水含量越高，相當于增加了實際用水量，所以抗壓強度降低。圖2為各巖石粉-水泥膠砂抗折強度發展規律，除了片麻巖石粉-水泥膠砂組外，其他巖石粉-水泥膠砂組擁有和抗壓強度相同的強度發展規律，片麻巖石粉-水泥膠砂組7 d的抗折強度比基準組低近1 MPa。

不同巖石粉-水泥膠砂在萘系減水劑和脂肪族減水劑作用下28 d抗壓強度和抗折強度發展規律見圖3、圖4。由圖3可知，萘系減水劑和脂肪族減水劑對不同巖石粉-水泥膠砂強度發展影響規律一致，28 d抗壓強度：玄武巖石粉-水泥膠砂組最大，片麻巖石粉-水泥膠砂組最小；相同條件下，片麻巖石粉-水泥膠砂和玄武巖石粉-水泥膠砂的抗壓強度為脂肪族減水劑作用下比萘系減水劑作用下高，另外兩種巖石粉-水泥膠砂剛好相反。28 d抗折強度的規律為：花崗巖石粉-水泥膠砂組最小，石灰石石粉-水泥膠砂組最大；相同條件下，萘系減水劑作用下各組巖石粉水泥膠砂的抗折強度高于摻脂肪族減水劑的巖石粉-水泥膠砂。