低活性石粉在中低強(qiáng)度混凝土中的應(yīng)用研究

曾沖盛

(莆田市海宏混凝土有限責(zé)任公司 莆田仙游 351200)

引 言

我國(guó)建筑裝飾石材加工行業(yè)近年發(fā)展迅速，已成為世界最大的石材生產(chǎn)、消費(fèi)和出口大國(guó)。與此同時(shí)，石材在加工工程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢漿。根據(jù)石材加工方式的不同，廢漿量占所加工荒料重量20% ～30%，廢漿中含水約為50%，其余就是石粉。由于廢棄石料的隨意排放，造成石材加工企業(yè)周邊地區(qū)嚴(yán)重的粉塵污染和河流污染，成為環(huán)保重災(zāi)區(qū)。在我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的步伐不斷加快，對(duì)環(huán)境資源需求的不斷增大的時(shí)代背景下，如何有效利用廢棄石粉資源，成為亟需解決的重要問題[1－2]。

目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者主要針對(duì)具有一定膠凝活性的石灰石粉對(duì)混凝土性能的影響開展了一系列研究，而對(duì)低活性的花崗石、大理石粉等應(yīng)用于混凝土的相關(guān)研究相對(duì)較少[3－9]。因此，研究低活性石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)，不僅可以降低商品混凝土成本，還可變廢為寶，有效解決我省石材加工企業(yè)每年產(chǎn)生數(shù)量巨大的石粉利用問題，具有良好的社會(huì)效益。

本試驗(yàn)將低活性石粉(大理石粉和花崗巖粉)分別與粉煤灰、礦粉復(fù)摻，研究石粉對(duì)中低混凝土工作性、及強(qiáng)度及收縮性的影響，探索低活性石粉在混凝土應(yīng)用可行性，并為其應(yīng)用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)實(shí)踐提供相應(yīng)的技術(shù)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

花崗巖粉、大理石粉:泉州市晉江石材廠石材加工產(chǎn)生的廢石粉。由于石粉含水率高達(dá)30%，故利用前在烘箱中100℃下烘干4～5小時(shí)，再放入SMΦ500*500臥式球磨機(jī)中粉碎10min，經(jīng)測(cè)試其基本性能見(表1)。水泥:華潤(rùn)水泥(龍巖)有限公司P·O42.5普通硅酸鹽水泥;粉煤灰:漳州后石電廠II級(jí)粉煤灰;礦粉:三鋼集團(tuán)礦微粉有限公司S95級(jí)礦渣粉;石子:廈門隆錦旺建材經(jīng)營(yíng)部生產(chǎn)的5mm～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石;砂:廈門海城商貿(mào)有限公司生產(chǎn)的天然中砂，細(xì)度模數(shù)2.8;水:自來(lái)水;外加劑:福建科之杰新材料有限公司Point－400聚羧酸混凝土減水劑。

表1 石粉性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)

將低活性石粉(大理石粉、花崗巖粉)以0% ～15%與粉煤灰、礦粉復(fù)摻，研究石粉對(duì)C25、C20混凝土工作性、強(qiáng)度以及收縮性的影響規(guī)律，試驗(yàn)用配比見(表2，表3，表4)。工程應(yīng)用試驗(yàn)所用混凝土配合比(表9)。

表2 石粉與粉煤灰復(fù)摻對(duì)C25混凝土影響試驗(yàn)

表3 石粉與礦粉復(fù)摻試驗(yàn)對(duì)C25混凝土影響試驗(yàn)

表4 石粉與礦粉復(fù)摻對(duì)C20混凝土影響試驗(yàn)

2 分析與討論

2.1 惰性石粉對(duì)混凝土工作性能影響

表5 石粉與粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土坍落度影響

表6 石粉與礦粉復(fù)摻對(duì)混凝土坍落度影響

從(表5)和(表6)可看出，隨著惰性石粉摻量的逐漸增加，外加劑摻量減小，混凝土流動(dòng)性變好。其原因在于惰性石粉顆粒的摻入改善了混凝土拌合物中水泥顆粒級(jí)配，減少顆粒間的孔隙，釋放更多的自由水，起到一定的分散作用，從而降低混凝土拌合物需水量，改善了混凝土的工作性。

2.2 石粉對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

表7 石粉與粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響

摻量為10%時(shí)，混凝土J3－A的28天抗壓強(qiáng)度31.7MPa與基準(zhǔn)J1－0(粉煤灰摻量15%)相比降低了12.4%;當(dāng)花崗巖粉完全取代粉煤灰摻量為15%時(shí)，混凝土J4－A的28天抗壓強(qiáng)度與基準(zhǔn)J1－0相比下降30.9%，混凝土強(qiáng)度為25.0 MPa。當(dāng)大理石粉取代粉煤灰摻量為10%時(shí)，混凝土J6－B的28天抗壓強(qiáng)度29.5MPa與基準(zhǔn)J1－0下降18.5%;當(dāng)大理石粉完全替代粉煤灰摻量15%時(shí)，混凝土J7－B的28天抗壓強(qiáng)度25.7MPa與基準(zhǔn)J1－0相比下降29.0%，遠(yuǎn)小于混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。從混凝土強(qiáng)度下降值可看出，惰性石粉與粉煤灰復(fù)摻取代水泥，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較大。

表8 石粉與礦粉復(fù)摻對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度影響

由(表8)可知，對(duì)于C25混凝土，當(dāng)花崗巖粉取代礦粉摻量為10%時(shí)，混凝土L3－A的28天抗壓強(qiáng)度33.2MPa與基準(zhǔn)L1－0相比降低了14.9%;花崗巖粉摻量增加至15%，混凝土L4－A的28天抗壓強(qiáng)度30.6MPa與基準(zhǔn)L1－0相比降低21.5%。當(dāng)大理石粉取代礦粉摻量為10%時(shí)，混凝土L6－B的28天抗壓強(qiáng)度35.9MPa與基準(zhǔn)L1－0相比降低7.9%;大理石粉摻量增加至15%，混凝土L7－B的28天抗壓強(qiáng)度33.2MPa與基準(zhǔn)L1－0相比降低了14.9%，混凝土抗壓強(qiáng)度為33.2MPa。

對(duì)于C20混凝土，當(dāng)大理石粉取代礦粉摻量為15%時(shí)，混凝土H3－B的28天抗壓強(qiáng)度27.9MPa與基準(zhǔn)H1－0相比降低10.0%;大理石粉摻量增加至20%，混凝土H4－B的28天抗壓強(qiáng)度25.9MPa與基準(zhǔn)H1－0相比降低了16.5%。

因此，與粉煤灰復(fù)摻相比，石粉與礦粉復(fù)摻，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響相對(duì)較少。其主要原因在于惰性石粉本身活性較低，而粉煤灰活性也較礦粉低，惰性石粉逐漸取代粉煤灰后，主要起到填充料作用，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度會(huì)下降較為明顯。

2.3 惰性石粉對(duì)混凝土收縮性能影響

圖1 惰性石粉與粉煤灰復(fù)摻對(duì)C25混凝土收縮影響

圖2 惰性石粉與礦粉復(fù)摻對(duì)C25混凝土收縮影響

從(圖1、圖2)C25混凝土收縮率可看出，在前14天混凝土收縮增長(zhǎng)速率較快，14天后，混凝土收縮率趨于平穩(wěn)。其主要原因在于，一方面，水泥硬化后未水化水泥繼續(xù)水化引起絕對(duì)體積的減縮，另一方面，C25混凝土密實(shí)性較差，內(nèi)部孔隙較多，混凝土在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生減縮。

當(dāng)石粉與粉煤灰復(fù)摻時(shí)，較單摻粉煤灰混凝土，混凝土收縮率呈降低趨勢(shì);當(dāng)粉煤灰摻10%、大理石粉摻5%時(shí)，混凝土收縮率降到最低，混凝土J6－B的60天收縮率324.48×10－6比基準(zhǔn)J1－0下降23.9%。當(dāng)石粉與礦粉復(fù)摻時(shí)，混凝土收縮率也比基準(zhǔn)L1－0有所降低，同時(shí)，石粉與礦粉復(fù)摻混凝土收縮率整體比石粉與粉煤灰的混凝土小;當(dāng)?shù)V粉摻10%、大理石粉摻15%時(shí)，混凝土收縮率降到最低，混凝土L7－B的60天收縮率279.65×10－6比基準(zhǔn)L1－0下降15.5%。由于低標(biāo)號(hào)C25混凝土，水膠比相對(duì)大，混凝土內(nèi)部孔隙較多，而礦粉二次水化可使混凝土孔徑細(xì)化，連通孔減少，混凝土密實(shí)性提高，一定程度上緩解混凝土后期干燥收縮。

綜上所述，適當(dāng)石粉與粉煤灰或礦粉復(fù)摻有利于改善混凝土硬化后的收縮。

2.4 工程應(yīng)用試驗(yàn)

為進(jìn)一步驗(yàn)證石粉對(duì)混凝土性能影響，通過生產(chǎn)中試試驗(yàn)，模擬C20石粉混凝土在實(shí)際工程中的生產(chǎn)、運(yùn)輸、泵送、澆筑、養(yǎng)護(hù)過程，以及對(duì)后續(xù)的強(qiáng)度性能的研究，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的問題與應(yīng)對(duì)方法，完善石粉混凝土生產(chǎn)技術(shù)，為生產(chǎn)提供依據(jù)。

表9 工程應(yīng)用試驗(yàn)用C20混凝土配合比

從(圖3，圖4)制備的摻大理石粉混凝土和摻粉煤灰混凝土可看出，大理石粉取代粉煤灰，與礦粉復(fù)摻，制作的混凝土和易性變好，流動(dòng)性增大，拌合物包裹性變好。而對(duì)摻粉煤灰混凝土拌合物的表面還冒黑，混凝土和易性較差。從工地現(xiàn)場(chǎng)坍落度結(jié)果來(lái)看，摻大理石石粉混凝土坍落度反而增大，流動(dòng)性滿足施工性能要求，而摻粉煤灰的坍落度不變，流動(dòng)性小，不滿足施工性能。從(表9)混凝土28d混凝土抗壓強(qiáng)度可以看出，摻大理石粉混凝土強(qiáng)度較摻粉煤灰混凝土小，富余系數(shù)小，但基本滿足能設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

圖4 粉煤灰混凝土

3 結(jié)論

通過以上試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論:

1)摻入低活性石粉有利于改善混凝土工作性能。

2)低活性石粉與礦粉復(fù)摻具有較好可行性，可兼顧經(jīng)濟(jì)性和混凝土工作性能、強(qiáng)度及耐久性。

3)采用低活性石粉與礦粉復(fù)摻配制中低標(biāo)號(hào)混凝土，石粉摻量宜控制在10%～20%

4)采用低活性石粉與粉煤灰復(fù)摻，對(duì)混凝土強(qiáng)度能影響較大，石粉摻量不宜超過10%。

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