收塵石粉作為摻合料對(duì)混凝土的影響

張思雨，陳向哲，喬梓滕

（河北建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，河北 保定 071000）

0 前言

目前全球消耗數(shù)量大、使用頻率最大的建筑材料是混凝土，因而混凝土的各種原材料日益緊張，價(jià)格上漲，給混凝土行業(yè)帶來了巨大的壓力，因此亟需尋找新的原材料。

最常見的混凝土摻合料為礦粉與粉煤灰，石灰石粉也可作為礦物摻合料摻入到混凝土中。磨細(xì)石灰石粉在混凝土中的應(yīng)用已經(jīng)成熟，但是石灰石粉需要用優(yōu)質(zhì)的石灰石進(jìn)行加工，且對(duì) CaCO3的含量要求大于 75%，需要增加投資并嚴(yán)格生產(chǎn)，成本較高。相對(duì)而言，對(duì)收塵石粉的應(yīng)用研究較少，而且收塵石粉作為一種廢料，其成本較低。

收塵石粉作為一種廢料只是堆存，將其應(yīng)用于混凝土中，不僅可以改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，而且變廢為寶，保護(hù)環(huán)境，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙豐收的顯著意義。

1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：P·O42.5 水泥，3d 抗折強(qiáng)度 6.4MPa，28d 抗折強(qiáng)度 7.6MPa，3d 抗壓強(qiáng)度 37.2MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 50.0MPa。

（2）砂：河砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，級(jí)配良好，含泥量為2.3%。

（3）水：飲用水。

（4）粉煤灰：Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度為 17.6%，需水量為 103%。

（5）石粉：收塵石粉。

（6）外加劑：聚羧酸外加劑。

（7）礦渣粉：選用 S95 級(jí)礦渣粉，流動(dòng)度比為101%。

（8）石子：5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石。

2 試驗(yàn)方法

將收塵石粉以 5%、10%、15%、20%、25%、30%的摻量分別等質(zhì)量取代水泥摻入到水泥膠砂或混凝土中，制成膠砂試塊或混凝土試塊。同時(shí)制作石粉摻量為0 的基準(zhǔn)試塊與摻 30% 的粉煤灰替代水泥的膠砂試塊或混凝土試塊，作為對(duì)比樣本，編號(hào) F。

膠砂試塊的強(qiáng)度依照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》。混凝土的強(qiáng)度依照GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

混凝土配合比見表 1。

表1 試驗(yàn)配比

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 收塵石粉膠砂試驗(yàn)

3.1.1 流動(dòng)度試驗(yàn)

收塵石粉對(duì)膠砂流動(dòng)度的影響見表 2 和圖 1、2。

表2 石粉摻量與流動(dòng)度的關(guān)系

由表 2 和圖 1 可知：隨著石粉摻量的增加，膠砂流動(dòng)度總體呈下降趨勢(shì)；石粉摻量為 5% 和 10% 時(shí)，膠砂流動(dòng)度相同；在石粉摻量為 15%～20% 時(shí)，隨著石粉摻量的增加，膠砂流動(dòng)度反而上升；同摻量時(shí)，石粉膠砂的流動(dòng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于粉煤灰。

圖1 石粉摻量對(duì)混凝土坍落度的影響

分析其原因：首先，石粉本身具有一定的吸水性，隨著石粉摻量的增加，其所需要的水分就越多，導(dǎo)致流動(dòng)度下降；其次，石粉活性比水泥熟料弱得多，石粉部分取代水泥后，初期參與水化的水泥熟料會(huì)減小，水膠比增大，導(dǎo)致流動(dòng)度增大，當(dāng)石粉摻量過高時(shí)，其吸水性的影響將超過活性的影響導(dǎo)致流動(dòng)度下降。

3.1.2 膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)

將膠砂試塊分別養(yǎng)護(hù) 7d 和 28d 后，用壓力機(jī)測(cè)定其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，并對(duì)石粉的活性進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見表 3 和 圖 2、3。

表3 收塵石粉摻量與膠砂強(qiáng)度的關(guān)系

由圖 2 可知：隨著石粉摻量的增加，水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)；膠砂試件的 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度在石粉摻量為 15%～25% 時(shí)下降緩慢；28d 抗壓強(qiáng)度在摻量 20%～25% 之間略有上升。

圖2 收塵石粉摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

通過圖 3 可以得出：隨著石粉摻量的增加，膠砂試件的 7d 抗折強(qiáng)度隨著石粉的摻入先上升后下降，直到摻量為 15% 時(shí)，才與基準(zhǔn)持平；膠砂試件 28d 抗折強(qiáng)度總體呈下降趨勢(shì)，在摻量為 5%～10% 時(shí)，強(qiáng)度基本不變，在摻量為 25% 時(shí)，膠砂抗折強(qiáng)度會(huì)突然上升。

圖3 收塵石粉摻量與抗折強(qiáng)度的關(guān)系

由圖 4 可知，隨著石粉摻量的增加，其活性在不斷降低，在摻量為 25% 時(shí)，28d 活性略有上升；隨著石粉摻量的增加，7d 活性的下降速度遠(yuǎn)超過 28d 活性。石粉在水泥水化過程中會(huì)生成一種晶核物質(zhì)，可加速水化，提高其早期強(qiáng)度；石粉的活性遠(yuǎn)小于水泥，膠砂強(qiáng)度主要來源于水泥，隨著石粉摻量的增加，水泥數(shù)量不斷減小，導(dǎo)致其強(qiáng)度不斷降低。

圖4 石粉摻量與膠砂活性的關(guān)系

由表 3 可以看出，粉煤灰摻量為 30% 時(shí)，膠砂的28d 強(qiáng)度均高于摻入收塵石粉的強(qiáng)度。

3.2 與礦粉雙摻替代水泥試驗(yàn)

3.2.1 拌合物性能

在保證拌合物粘聚性良好的情況下，測(cè)定拌合物的用水量、坍落度和擴(kuò)展度，結(jié)果見表 4 和圖 5、6。

表4 石粉摻量與拌合物性能的關(guān)系

圖5 石粉摻量與拌合物坍落度的關(guān)系

圖6 石粉摻量與擴(kuò)展度的關(guān)系

由圖 5 和 6 可知：隨著石粉摻量的增加，拌合物的坍落度和擴(kuò)展度都在不斷減??；出機(jī) 60min 后的拌合物的坍落度和擴(kuò)展度出現(xiàn)一定損失，且損失越來越高。石粉本身具有一定的吸水性，隨著石粉摻量的增加，其吸水量增加，使混凝土粘聚性增加，坍落度和擴(kuò)展度減小；隨著時(shí)間的增長，拌合物中的石粉會(huì)逐漸吸收水分，導(dǎo)致坍落度損失和擴(kuò)展度損失增大。

3.2.2 力學(xué)性能

將不同摻量的石粉與礦粉混合摻入到混凝土中，對(duì)其抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果見表 5 和圖 7。

表5 石粉摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

圖7 石粉摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

由圖 7 看出：隨著石粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)；混凝土的 3d 和 7d 抗壓強(qiáng)度的下降速率基本不變，28d 抗壓強(qiáng)度在摻量為 15%～20%、25%～30% 時(shí)變化不大。

石粉活性較低，是惰性摻合料，隨著石粉摻量的增加，減少了膠凝材料的活性，導(dǎo)致強(qiáng)度逐漸減小；石粉顆粒較小，雖然不會(huì)參與水化反應(yīng)，但是會(huì)提高混凝土的密實(shí)性，可以提高混凝土的后期強(qiáng)度。

4 結(jié)論

（1）雖然石粉不會(huì)參與水化反應(yīng)，但由于其具有一定的吸水性，因而使用時(shí)需要控制其摻量，以免影響到水泥工作性；石粉活性較小，少量的摻加可改善顆粒級(jí)配，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加致密，但摻量過高反而會(huì)降低強(qiáng)度；30% 摻量時(shí)石粉的流動(dòng)度大于粉煤灰，但強(qiáng)度均小于粉煤灰。

（2）石粉的吸水性會(huì)增加混凝土的粘聚性，減小坍落度和擴(kuò)展度，同時(shí)降低其強(qiáng)度，但由于石粉的填充作用，會(huì)抑制其強(qiáng)度的下降，且根據(jù)試驗(yàn)得出，在摻量超過 20% 后，混凝土強(qiáng)度迅速下降，因而將其應(yīng)用于混凝土中時(shí)，其摻量不宜超過 20%。

將石粉應(yīng)用于混凝土中，不僅改善了混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高了其密實(shí)率，同時(shí)解決了石粉堆積造成的土地占用與環(huán)境污染等問題，具有經(jīng)濟(jì)與社會(huì)雙重效益。