大理石廢粉 - 花崗巖廢料復合多孔混凝土性能試驗研究

基金項目：

2021年度廣西高校中青年教師基礎能力提升項目“濕熱地區高性能鋼橋面鋪裝材料抗車轍性能的試驗研究”（編號：2021KY1138）；“低碳視角下基于BIM技術光伏建筑節能設計研究”（編號：2021KY1122）；“火災后再生混凝土砌塊的力學性能和安全評估研究”（編號：2021KY1123）

作者簡介：

王富強（1971—），碩士，副教授，工程師，主要從事建筑材料研究工作。

摘要：為了將花崗巖廢料和大理石廢粉大量應用于混凝土中，文章結合已有研究結果，在多孔混凝土中摻入花崗巖廢料作為再生粗骨料，摻入大理石廢粉取代部分水泥，旨在實現自然資源的有效利用，降低混凝土的生產成本，對多孔混凝土組成材料進行技術創新以指導工程實踐。結果表明：摻入大理石廢粉（4%、8%）和花崗巖廢料（20%、40%）后，多孔混凝土的抗壓強度較未摻入提高了20.5%～29.7%；復摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%后，可使多孔混凝土抗壓強度達到最高；復摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%后，可使多孔混凝土透水系數達到最高。

關鍵詞：花崗巖廢料；大理石廢粉；多孔混凝土；抗壓強度；透水系數

中圖分類號：U414.1文獻標識碼：A 06 017 2

0 引言

隨著城市地區不斷增長的人口和我國交通基礎設施建設的跨越式發展，導致建筑空間擴大，減少了大量綠色開放區域的土地，破壞了原有的集水區，使其不能正常發揮作用。使用多孔混凝土可有效解決這一問題，并促進交通基礎設施建設的“綠色低碳發展”。水可穿過多孔混凝土的孔隙，排放路面上的水，減少徑流水量，并可將水滲透到土壤中。多孔混凝土一般由水泥和粗骨料兩種主要材料組成，不使用細骨料，因此其孔隙率較普通混凝土大。

天然花崗巖和大理石石材工廠在加工石材的過程中，會產生一定數量的花崗巖廢料和大理石廢粉，未得到有效的二次綠色利用，浪費掉大量自然資源。因此，近年來花崗巖廢料和大理石廢粉的回收與利用成為學者們研究的熱點。但隨著花崗巖廢料和大理石廢粉的摻入，混凝土漿體會產生一定的變化，再生混凝土的性能也會受到影響。孔亮等［1］研究將微、細、粗花崗巖廢料分別以20%、30%、50%（質量分數）為最佳取代率的再生混凝土路面磚的質量損失率為1.5%，抗壓強度損失率為10.0%，較大程度上提高了花崗巖廢料的利用率，且滿足試驗標準和路用性能的基本要求。張金團等［2］研究將3 000目、600目、400目三種大理石粉作為礦物摻合料，用內摻法分別取代5%、10%、15%、20%、25%的水泥制備混凝土試件。結果表明大理石粉摻入量在10%以內對混凝土的孔隙率影響不大；摻入量超過15%以后混凝土孔隙率和毛細孔量均大量增長；混凝土的孔隙率與毛細管系數之間存在線性關系。

為了將花崗巖廢料和大理石廢粉大量應用于混凝土中，本文結合已有研究結果，在多孔混凝土中摻入花崗巖廢料作為再生粗骨料，摻入大理石廢粉取代部分水泥，旨在實現自然資源的有效利用，降低混凝土的生產成本，對多孔混凝土組成材料進行技術創新以指導工程實踐。

1 原材料及配合比設計

大理石廢粉取自石材加工廠，按適當比例取代部分水泥，可使混凝土的孔隙性降低。加工花崗巖石材產生的廢料可直接經由破碎、篩分、級配得到再生粗骨料，顆粒粗，密度較大［3］。試驗研究采用廣西某水泥廠生產的P·O425水泥，其各項指標均滿足《硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥》（GB175-2007）相關技術標準。具體性能指標如表1所示。

制作多孔混凝土試件時，大理石廢粉取代水泥，取代率分別為4%和8%；花崗巖廢料取代粗集料，取代率分別為20%和40%。砂率為0，水膠比為0.62。試驗配合比見下頁表2。根據《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規程》（T0513-2020）備制混凝土試件，不同取代率備制3個試件，共15個試件。

2 試驗結果及討論

試驗研究大理石廢粉取代水泥和花崗巖廢料取代天然粗集料對多孔混凝土性能的影響，試驗結果如表3所示。

2.1 抗壓強度

不同齡期多孔混凝土抗壓強度變化見圖1。觀察圖1可知，多孔混凝土抗壓強度隨齡期的增長逐漸增大。7 d、14 d和28 d齡期試件中，抗壓強度最高均為復摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%的多孔混凝土，抗壓強度值分別是6.68 MPa、11.4 MPa和11.58 MPa；抗壓強度最低均為未摻入大理石廢粉和花崗巖廢料的普通多孔混凝土，抗壓強度值分別是5.15 MPa、9.23 MPa和9.61 MPa。圖1中出現的最高點為11.58 MPa，可知復摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%時，抗壓強度達到最大值。

多孔混凝土抗壓強度相對百分率隨齡期變化關系見圖2。以大理石廢粉和花崗巖廢料摻量為0的普通多孔混凝土抗壓強度為基準線，觀察圖2可知，大理石廢粉和花崗巖廢料摻量的變化，對多孔混凝土早期抗壓強度與后期抗壓強度有著不同的影響。按一定比例摻入大理石廢粉和花崗巖廢料，多孔混凝土的抗壓強度較未摻入提高了20.5%～29.7%。試驗表明，添加大理石廢粉和花崗巖廢料提高了多孔混凝土的抗壓強度。

大理石廢粉摻量同為4%，花崗巖廢料摻量40%較20%的抗壓強度提高了13.32%～25.09%，出現的最高點為28 d齡期40%的抗壓強度11.58 MPa；大理石廢粉摻量同為8%，花崗巖廢料摻量40%較20%的抗壓強度提高了9.02%～12.80%，出現的最高點為28 d齡期花崗巖廢料摻量40%的抗壓強度10.76 MPa。由此可知，試件的抗壓強度隨著花崗巖廢料摻量的增加而提高。

花崗巖廢料摻量同為20%，大理石廢粉摻量8%較4%的抗壓強度提高了4.37%～15.54%，出現的最高點為28 d齡期大理石廢粉摻量8%的抗壓強度10.76 MPa；花崗巖廢料摻量同為40%，大理石廢粉摻量8%較4%的抗壓強度降低了14.04%～18.11%，出現的最高點為28 d齡期大理石廢粉摻量4%的抗壓強度11.58 MPa。由此可知，試件的抗壓強度隨著大理石廢粉摻量的增加改善效果不顯著。

花崗巖廢料顆粒具有結構致密、質地堅硬、硬度高等優異性能，因此花崗巖廢料摻量增加可顯著提升試件的抗壓強度。當花崗巖廢料摻量增加時，繼續增加大理石廢粉摻量，會降低試件的抗壓強度。為保證多孔混凝土的抗壓強度，大理石廢粉的摻入量不宜過大。建議工程應用中復摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%，可使多孔混凝土抗壓強度達到最高。

2.2 透水系數

通過透水儀測定與計算［4］，透水系數隨大理石廢粉和花崗巖廢料摻量的變化曲線如后頁圖3所示。觀察圖3可知，出現的最高點為19 mm/s，可知復摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%時，透水系數達到最大值。大理石廢粉摻量為4%，透水系數較普通多孔混凝土低；大理石廢粉摻量為8%，透水系數較普通多孔混凝土高。花崗巖廢料摻量為20%和40%，透水系數較普通多孔混凝土無顯著改變。

大理石廢粉摻量同為4%，花崗巖廢料摻量40%較20%的透水系數提高了9.1%；大理石廢粉摻量同為8%，花崗巖廢料摻量40%較20%的透水系數降低了17.4%。由此可知，試件的透水系數隨著花崗巖廢料摻量的增加改善效果不顯著。

花崗巖廢料摻量同為20%，大理石廢粉摻量8%較4%的透水系數提高了57.02%；花崗巖廢料摻量同為40%，大理石廢粉摻量8%較4%的透水系數提高了18.93%。由此可知，試件的透水系數隨著大理石廢粉摻量的增加而提高。

大理石廢粉摻量增加可顯著提升試件的透水系數。這主要是因為大理石廢粉顆粒細小，在水中極易聚集成團，顆粒越細小其團聚能力越強。團聚后的顆粒間存在大量空隙，同時團聚后的團聚體粒徑大于水泥而失去微細顆粒在水泥間的填充作用，從而使體系內部的孔隙增多，摻量越大則團聚體越多，孔隙率越大，透水系數提高。當大理石廢粉摻量增加時，繼續增加花崗巖廢料摻量，會降低試件的透水系數。為保證多孔混凝土的透水性，花崗巖廢料的摻入量不宜過大［5］。建議工程應用中復摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%，可使多孔混凝土透水系數達到最高。

3 結語

（1）摻入大理石廢粉4%、8%和花崗巖廢料20%、40%，多孔混凝土的抗壓強度較未摻入提高了20.5%～29.7%。試驗表明，添加大理石廢粉和花崗巖廢料提高了多孔混凝土的強度。

（2）花崗巖廢料摻量增加可顯著提升試件的抗壓強度。當花崗巖廢料摻量增加時，繼續增加大理石廢粉摻量，會降低試件的抗壓強度。建議工程應用中復摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%，可使多孔混凝土抗壓強度達到最高。

（3）試件的透水系數隨著大理石廢粉摻量的增加而提高。試件的透水系數隨著花崗巖廢料摻量的增加改善效果不顯著。為保證多孔混凝土的透水性，花崗巖廢料的摻入量不宜過大。建議工程應用中復摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%，可使多孔混凝土透水系數達到最高。

參考文獻

［1］孔 亮，蒙彥宇，等.花崗巖廢料再生混凝土路面磚抗凍融性能研究［J］. 硅酸鹽通報，2021（5）：1 545-1 553.

［2］張金團，李鏗銘. 大理石粉對混凝土孔隙性影響試驗研究［J］.施工技術，2019，48（S1）：1 462-1 467.

［3］王富強，陽利君，莫品疆.提高花崗巖瀝青混合料水穩定性試驗研究［J］. 公路，2020（11）：328-330.

［4］王富強.濕熱地區改性瀝青混凝土抗滲水性能試驗研究［J］.西部交通科技，2021（11）：4-6.

［5］衛晉生.大理石粉對混凝土力學及耐久性能影響研究［J］.廣東建材，2023，39（12）：17-19.