大理石廢料配制自密實混凝土的試驗研究

【摘 要】 本文采用大理石廢料替換碎石灰石配制自密實混凝土，并在不同水膠比下測試新拌自密實混凝土的容重、含氣量、坍落擴展度、擴展時間（T50）和J環擴展度等;并對硬化混凝土進行抗壓強度測試。結果表明，使用大理石廢料同碎石灰石集料配制的自密實混凝土，在各項性能上并沒有很大的差別。

【關鍵詞】 大理石廢料 自密實混凝土 配制

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.05.005

近年來，國際社會對建筑材料出現追求環保和反璞歸真的熱潮，世界石材產品的需求迅猛增加，我國石材產業在改革開放后依靠資源豐富的優勢獲得了蓬勃發展。但是，大理石塊中多達60%的粉塵和廢屑在生產加工過程中被倒進工廠附近的小溪或者垃圾處理場中，尤其在那些大理石商業設備密集的地區，大理石廢料更是堆積如山，給環境造成極大污染。我國關于碎大理石再利用的研究起步較晚，應用對象主要針對高純度的廢石粉，但受其加工工藝限制，這類高純度廢石粉價格較高，應用技術還有待進一步提升。本試驗開展了利用碎大理石作為混凝土集料取代傳統的碎石灰石集料配制自密實混凝土的研究。

1 試驗原料與方法

1.1 原材料

水泥：大連水泥廠生產的海鷗牌P.O42.5級水泥。

粉煤灰：大連華能電廠生產的Ⅰ級粉煤灰。

細集料：選用級配良好的中砂，產地瓦房店市碧流河。

粗集料：使用了石灰石原始集料（LS）和最大尺寸為22mm的廢大理石集料（MW）。石子選用大連本地石灰石礦生產的5mm～15mm青碎石灰石;大理石廢料采用大連本地某石材加工廠的大理石廢料，并通過破碎和篩分，最大粒徑22mm。

外加劑：大連西卡建筑材料有限公司生產的聚羧酸高效減水劑。

1.2 試驗方法

試驗所配制的自密實混凝土中水泥和粉煤灰含量保持恒定分別為350kg/m3和100kg/m3。水膠比選擇0.31，0.34，0.37，0.40。自密實混凝土配比見表1。

對于新拌混凝土，進行了單位重量（容重），含氣量、坍落擴展度、擴展時間（T50）和J環擴展度[1]。最后，將自密實混凝土置于邊長150mm的立方體抗壓模具內，標準養護，測試立方體試樣的7d和28d抗壓強度。

2 試驗結果與分析

2.1 新拌自密實混凝土的工作性能

由表2可以觀察到，與傳統粗集料相比，使用MW集料所有水膠比的新拌混凝土的容重是增加的。這是由于大理石集料比石灰石和有更高的比重。另一方面，在兩種集料試驗中并沒有觀測到含氣量這個重要的變化。因良好的工作性，隨著水膠比的增加，兩種集料混凝土的含氣量依次減少。

由表2可知，水膠比從0.31到0.40自密實混凝土使用碎石灰石（LS）和大理石廢料（MW）的坍落擴展度在500mm～600mm之間，坍落擴展度隨水膠比的增加而增大。在水膠比比為0.31時，LS和MW自密實混凝土的坍落度值分別是530和435mm。當水膠比為0.40時，LS和MW自密實混凝土的坍落度值分別達到了645mm和635mm。水膠比從0.31增加到0.40，LS自密實混凝土的坍落度值增加率為3%、14%和22%。對于同樣的水膠比增量，MW自密實混凝土流動度各自的增加比率為4%、43%、46%。這可以歸功于混合物中的高含水量增加了骨料粒子之間的潤滑作用，因此降低了屈服應力，緩和了混凝土的流動性。不管水膠比是多少，當LS用到自密實混凝土中時，坍落度能達到最大值。這是因為MW的表面結構比LS更粗糙。并且，不使用外加劑時，由于需水量較大，MV混凝土拌合物比傳統混凝土需要更多的水去維持同樣的坍落度，從而這影響混凝土的質量和強度。

混凝土擴展時間T50時間是黏度的指標。換句話說，黏度會隨著T50時間的增加而增大。由表2可以看出，LS和MW混凝土的黏度在6～12s之內，且MW混凝土的黏度要高于LS混凝土，這是由于大理石集料比天然集料有更粗糙的表面。

根據表2中J環擴展度數據，比較LS和MW集料混凝土在有無限制條件下流動度的變化。可以看到，由于障礙的存在，J環擴展度的擴展度值比自由擴展度值的更低。值得注意的是，兩種集料類型都在最高的水膠比時可以使得有無限制條件下坍落擴展度的差值最小，即水膠比為0.40的自密實混凝土的通過性在所有的集料類型中都是很高的。不考慮集料類型時，隨著水膠比的降低，在有無限制條件情況下坍落擴展度的差值隨之增大，這是由于低水膠比的自密實混凝土由于高粘度而被障礙物所阻塞;當考慮集料類型時，可以清楚地看到由于粗糙的表面被砂漿覆蓋，使用大理石廢料的自密實混凝土的坍落擴展度差值最大。

2.3 硬化混凝土性能

由圖1、2可知，用石灰石（LS）集料配制的自密實混凝土7d齡期的抗壓強度在50.0MPa到39.4MPa之間，28d齡期混凝土的抗壓強度值在57.0MPa到55.6MPa之間。用大理石（MW）集料替換LS，自密實抗壓強度降低，28d尤為嚴重。可見，集料對自密實的強度性能有非常顯著地影響。而水泥漿強度性能的影響隨著水泥漿-集料界面粘結劑強度的增加而增大，抗壓強度的下降的主要因素是集料缺陷、形狀和集料的粒徑分布關系。MW集料自密實混凝土的7d抗壓強度在44.0MPa到34.0MPa之間，28d抗壓強度在53.6MPa到38.0MPa之間。在最低的水膠比（0.31）條件下，與LS系列相比，MW集料自密實混凝土的28d抗壓強度值減小率為6.0%。而在最高水灰比（0.40）條件下，對于同一齡期的混凝土，與LS系列相比，MW集料自密實混凝土的抗壓強度值減小率是31.5%。LS、MW自密實混凝土的抗壓強度隨水膠比增加而減小，然而，MW集料自密實混凝土比LS自密實混凝土的要高。盡管MW集料比LS集料有較低的耐磨強度，但MW集料自密實混凝土獲得了最低的抗壓強度值，這是由于MW集料在薄片狀顆粒比LS集料更多。

3 結論

本文對自密實混凝土中利用大理石廢料（MW）代替石灰石（LS）進行了試驗。試驗結果表明：

（1）自密實混凝土的工作性極大地取決于集料的特性例如容重、形狀和表面結構。然而，隨著水膠比的增加，集料的特性變得越來越不重要。使用LS和MW集料的自密實混凝土均可以得到最大的通過性和填充性。

（2）在最低水膠比時，使用MW集料的自密實混凝土的抗壓強度比用LS作集料的自密實混凝土的抗壓強度低6%;而在最高水膠比（水膠比0.40）時，與LS系列相比，MW的抗壓強度降低幅度明顯，降低至31.5%。通常，低水灰比條件下，在自密實混凝土中使用大理石集料替代石灰石，強度不會有明顯的降低。

參考文獻

[1]《自密實混凝土應用技術規程》JGJ/T283-2012

作者簡介

孫亞東，碩士，工程師，曾在大連市建材產品質量監督檢驗站從事建材材料檢驗工作，目前在大連中源建筑材料有限公司從事產品質量監督管理工作。

郎業鵬，本科，高級工程師，一直從事建材產品質量監督檢驗工作。

（責任編輯：張曉明）