大理石粉對水泥物理力學性質影響試驗研究

張 帆，張金團，李桂山，胡 琴，莫錦平

1.賀州市生態新城開發有限公司，廣西 賀州 542899；2.賀州學院 建筑工程學院，廣西 賀州 542899；3.廣西賀州市旅游實業集團有限公司，廣西 賀州 542899

1 概述

大理石在世界各國都有分布，其品種繁多、用途廣泛，在土耳其、意大利、伊朗、中國、西班牙、印度等國均為重要的礦產資源被開采利用［1］。其中，白色大理石強度較低，易于破碎呈粉體，由于其純度和白度極高，被廣泛應用于塑料、橡膠、牙膏和藥品的填充材料。廣西壯族自治區賀州市平桂管理區擁有我國華南地區最大的白色大理石礦床，白色大理石遠景儲量高達26 億m3［2］，主要用于加工制作石材工藝品、重質碳酸鈣、人造大理石、涂料和塑料母粒等。隨著經濟發展，水泥、砂石、礦物摻合料等成本不斷高企，導致建筑成本節節攀升。如果將制造容易、顆粒細小的碳酸鈣粉加入水泥中用于生產制作各種水泥基材料，既能改善水泥基材料性能，又能節約成本。因此，世界各國針對大理石粉在水泥基材料中的應用開展了廣泛的研究，現有結果發現其可用于制作高性能混凝土［3］、混凝土空心砌塊磚［4］、免燒磚［5］、鋪路磚［6］等。但，其對水泥性能的影響規律研究成果不多，而在所有水泥基材料的應用中其對水泥性能的影響研究是不可避免的。

本研究采用三種顆粒級別（3000 目、600 目、400 目）的大理石粉，分別取代5%、10%、15%、20%、25%（按水泥質量計）的水泥，研究白色大理石粉對水泥物理及力學性能的影響規律，以期為材料工作者提供參考和借鑒。

2 試驗材料及試驗方法

2.1 試驗材料

本研究所用水泥為華潤富川水泥廠生產的潤豐（旋窯）PO 42.5 級水泥（C）。

本研究所用大理石粉為賀州永通粉體有限公司生產的3000目（M1）、600目（M2）和400目（M3）工業用純大理石粉。

試驗所用標準砂選用廈門艾思歐標準砂有限公司產中國ISO 標準砂。

各級大理石粉與水泥互摻而成大理石粉水泥，分別稱為3000目水泥（MC1）、600目水泥（MC2）和400目水泥（MC3）。

2.2 試驗方法

樣品制備：制樣和新拌樣品測試溫度控制在20±2℃，空氣濕度高于50%；樣品養護在標養箱中進行，控制溫度為20±1℃，相對濕度高于90%，養護1d 后拆模繼續置于標養箱中養護至規定齡期。

水泥的凝結時間和用水量的試驗操作，按照《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗規范》（GB/T 1346-2011）的規定進行。

水泥的膠砂流動度試驗測試，按照《水泥膠砂流動度測定方法》（GB/T 2419-2015）的規定進行。水泥的強度試驗操作，按照《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）的規定進行。

3 實驗結果及分析

3.1 水泥的標準稠度用水量

水泥的標準稠度用水量試驗結果整理如表1。

表1 水泥的標準稠度用水量 %

從表1 試驗結果可以發現，MCI、MC2 和MC3 樣品的標準稠度用水量均表現出規律性變化，即摻量越大用水量越小，各類大理石粉對水泥均表現出了減水作用。MC3 樣品的標準稠度用水量減小趨勢最大，因此大理石粉顆粒越細小其減水效果越明顯。

3.2 水泥的初終凝時間

各水泥樣品的初終凝時間試驗結果整理如表2。

表2 水泥的初終凝時間 min

從表2 中可以看出，隨著大理石粉摻量的增加，各樣品的初終凝時間均表現出縮短的趨勢，并且均符合規范要求。其中MC1 樣品在大理石粉摻量為25%時初凝時間與終凝時間分別縮短了50min 和32min，MC2 樣品在大理石粉摻量為25%時初凝時間與終凝時間分別縮短了17min 和24min，MC3 樣品在大理石粉摻量為25%時初凝時間與終凝時間分別縮短了16min和17min。

表中數據的對比可以發現，大理石粉摻量、初終凝時間、水粉比等的變化均具有一定的規律性。其中影響最明顯的因素為水粉比（W/P），水粉比隨摻量的增加而用水量不斷減少，從而表現出不斷減小的趨勢。這是因為，大理石粉水泥中實際用水量的減少導致自由水量不斷減少，而水泥用量不斷減少，其與水的有效接觸面增大，產生更多的硅酸鈣凝膠水化產物，從而加快了水泥的凝結硬化。

3.3 水泥的膠砂強度

各水泥樣品的水泥膠砂強度試驗結果整理如表3。

表3 水泥膠砂強度 MPa

從表3 試驗結果可以發現，大理石粉對水泥強度的影響比較明顯，粉體內摻對水泥早期強度的發展比較有利，而后期強度增長較慢。大理石粉影響水泥強度的主要因素為活性膠凝物質的絕對數量（即粉體的摻量）、水灰比、內摻粉體的化學成分和粉體的細度，基于大理石粉等量取代水泥而使樣品中水泥的含量相對減小，大理石粉其活性很低在體系中不應作為膠凝材料而只能作為礦物摻合料，體系中的膠凝材料只有水泥，從而導致實際水灰比增大，水灰比的增大和膠凝材料用量的減少使試樣的強度不斷降低。

4 結論

（1）大理石粉對水泥具有一定的減水效果，顆粒越細小其減水效果越明顯。

（2）對凝結時間影響最敏感的指標為水粉比（W/P），水粉比隨摻量的增加而用水量不斷減少，而凝結時間表現出不斷減小的趨勢。

（3）大理石粉的摻加顯著影響了水泥強度，并且試驗結果可以發現其可以有效提高早起強度，但是不利于晚期強度的增長。