花崗巖粉對(duì)混凝土性能影響研究

江達(dá)宣，連亞明，王培新，葉天駒，李式龍，鄭佳財(cái)

（1.廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建　廈門　361004；2.廈門天潤(rùn)錦龍建材有限公司，福建　廈門　361009）

花崗巖粉對(duì)混凝土性能影響研究

江達(dá)宣1，連亞明1，王培新1，葉天駒1，李式龍1，鄭佳財(cái)2

（1.廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，福建廈門361004；2.廈門天潤(rùn)錦龍建材有限公司，福建廈門361009）

本文通過(guò)試驗(yàn)研究了花崗巖粉取代部分水泥及與礦粉復(fù)摻對(duì) C30 混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，花崗巖粉與礦粉復(fù)摻的效果優(yōu)于單摻，當(dāng)摻量小于 10% 時(shí)，所配制出的 C30 混凝土具有良好的力學(xué)性能和抗碳化性能。

花崗巖粉；強(qiáng)度活性指數(shù)；工作性能；抗碳化性能

0　前言

福建省地勢(shì)多山，石材資源豐富，是全國(guó)最大的石材加工和出口省份，尤其集中在閩南地區(qū)。石材的加工主要采用切割工藝，切割的過(guò)程產(chǎn)生大量的廢棄物石粉，花崗巖粉就是其中的一種，目前，這些石粉均采用堆積或填埋處理，堆積需要占用大量的耕地，甚至污染水資源，破壞生態(tài)環(huán)境。如果能將這些花崗巖粉再生利用作為混凝土礦物摻合料，不僅能解決其對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，而且可以解決現(xiàn)有礦物摻合料供應(yīng)緊張局面，降低混凝土成本，提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)混凝土行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[1-4]。

為此，本試驗(yàn)嘗試將資源豐富的花崗巖粉分別替代部分水泥及與礦粉復(fù)摻，進(jìn)行混凝土的配制及性能研究，主要從水泥膠砂強(qiáng)度、混凝土工作性、強(qiáng)度及抗碳化性能方面著手，探索將花崗巖粉用作混凝土摻合料的可行性，為其應(yīng)用于預(yù)拌混凝土生產(chǎn)提供試驗(yàn)依據(jù)。

1　試驗(yàn)材料及配比

1.1試驗(yàn)原材料

水泥：華潤(rùn)水泥（龍巖）有限公司潤(rùn)豐牌 P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，其物理性能見(jiàn)表 1。

表1　水泥的物理性能

粉煤灰： F 類 Ⅱ 級(jí)灰，45μm 篩篩余 18.9%，需水量比98%，燒失量 1.5%。

礦粉：三鋼集團(tuán)礦渣微粉有限公司 S95 級(jí)礦粉，比表面積 430m2/kg，流動(dòng)度比 103%。

河砂：天然中砂，細(xì)度模數(shù)2.8，堆積密度 1460kg/m3，含泥量2.1%。

粗集料：5～31.5mm 連續(xù)級(jí)配碎石，堆積密度1380kg/m3，壓碎值指標(biāo) 9.7%，針片狀含量 4%。

外加劑：福建科之杰新材料有限公司聚羧酸混凝土減水劑 Point-400，減水率 18%。

水：生活用水，符合 JGJ 63-2006 《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的拌合用水要求。

花崗巖粉：福建省龍海市隆盛石料場(chǎng)，45μm 篩篩余量為12%，含水量為 0.5%，燒失量為 0.99%，化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2　花崗巖粉化學(xué)成分　　　　　　　%

1.2試驗(yàn)主要儀器及方法

SF-150 型水泥細(xì)度負(fù)壓篩析儀、CDT 1305-2 微型抗壓抗折試驗(yàn)機(jī)、YAW4306 微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)、CABRHTX12 型混凝土碳化試驗(yàn)箱。

花崗巖粉的細(xì)度按照現(xiàn)行 GB/T 1345—2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法 篩析法》所列的負(fù)壓篩分析法進(jìn)行試驗(yàn)。

花崗巖粉的活性指數(shù)、含水量按照現(xiàn)行 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的有關(guān)規(guī)定，并將粉煤灰替代為花崗巖粉后進(jìn)行試驗(yàn)。

混凝土拌合物性能測(cè)試按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》操作。

抗壓強(qiáng)度測(cè)試按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》操作。

混凝土抗碳化試驗(yàn)依據(jù) GB 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能與耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1.3試驗(yàn)參數(shù)

首先將花崗巖粉等量作為摻合料，并減少等量的水泥用量，檢驗(yàn)其對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度及膠砂試塊強(qiáng)度的影響。

試驗(yàn)采用花崗巖粉以不同比例取代水泥用量與礦粉復(fù)摻作為摻合料，研究其對(duì) C30 混凝土工作性能、力學(xué)性能以及抗碳化性能的影響。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

水泥膠砂流動(dòng)度、28d 抗壓強(qiáng)度值見(jiàn)表 3。混凝土工作性能、力學(xué)性能及抗碳化性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 4、5。

表3　膠砂試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)

表4　花崗巖粉為摻合料配制 C30混凝土及相關(guān)性能測(cè)試結(jié)果　　　 kg/m3

表5　花崗巖粉與礦粉復(fù)摻混凝土相關(guān)性能測(cè)試結(jié)果

2.1花崗巖粉對(duì)水泥膠砂性能的影響

圖1　花崗巖粉不同摻量對(duì)水泥膠砂性能影響

圖2　花崗巖粉單摻對(duì) C30 混凝土強(qiáng)度影響

從表 3 和圖 1 可以看出，花崗巖粉取代水泥 0%～30%的范圍內(nèi)，對(duì)水泥膠砂性能影響表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：隨著花崗巖粉摻量的增加，水泥膠砂流動(dòng)度及28d 抗壓強(qiáng)度都呈減小趨勢(shì)。其中花崗巖粉取代率在 15% 以內(nèi)，對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度影響較小，超過(guò)該范圍后，隨著其摻量的增加，水泥膠砂流動(dòng)度呈明顯減小趨勢(shì)。隨著花崗巖粉摻量的增加，水泥膠砂抗壓強(qiáng)度值出現(xiàn)不同程度的降低，其活性指數(shù)也隨之降低。再結(jié)合表2 可以看出，花崗巖粉主要成分為 SiO2和 Al2O3，含量高達(dá) 70% 以上，CaO 含量較少。根據(jù)火山灰質(zhì)混合材的活性是指其中的氧化硅和氧化鋁能與石灰或者水泥中析出的Ca(OH)2直接反應(yīng)生成具有水硬性的水化產(chǎn)物。從花崗巖粉化學(xué)成分分析和水泥膠砂活性指數(shù)可以看出花崗巖粉不具有活性，為惰性材料，在水泥制品中主要起到填充作用。

2.2花崗巖粉對(duì)混凝土性能的影響

從表 4 混凝土配比中的外加劑用量和表7中混凝土工作性坍落度變化情況可看出，隨著花崗巖粉取代水泥量的逐漸增加，混凝土坍落度變大。其原因在于花崗巖粉為惰性材料，不與水發(fā)生水化反應(yīng)且吸水性較差，配合比中水的用量一直保持不變，隨著花崗巖粉取代量的增加使得新拌混凝土中的自由水含量增大，同時(shí)由于花崗巖粉的顆粒較細(xì)，可作為微集料填充在水泥與礦物摻合料之間，改善混凝土材料的顆粒級(jí)配，在上述綜合作用下混凝土坍落度增大。此外，花崗巖粉密度小于水泥的密度，在膠凝材料總量不變的情況下，混凝土的漿含量增加，從而改善了混凝土的和易性，提高了混凝土的工作性[5-7]。從圖2 可以看出隨著花崗巖粉摻量的增加，混凝土抗壓強(qiáng)度呈減小趨勢(shì)，當(dāng)花崗巖粉摻量為10% 時(shí)，混凝土強(qiáng)度能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3花崗巖粉與礦粉復(fù)摻對(duì)混凝土性能影響

圖3　花崗巖粉與礦粉復(fù)摻對(duì)混凝土強(qiáng)度影響

圖4　花崗巖粉與礦粉復(fù)摻對(duì)混凝土抗碳化影響

由圖 3 可知，當(dāng)花崗巖粉逐漸取代礦粉，摻量為 5%時(shí)，與基準(zhǔn) H-5（礦粉摻量25%）相比混凝土抗壓強(qiáng)度 7d 下降 1.8MPa，28d 下降 3.1MPa，60d 下降 3.6MPa；摻量為 10%時(shí)，與基準(zhǔn) H-5（礦粉摻量25%）相比混凝土抗壓強(qiáng)度 7d 下降7.4MPa，28d 下降 6.8MPa，60d 下降 5.4MPa；花崗巖粉摻量增加至 15%，與基準(zhǔn)H-5相比混凝土抗壓強(qiáng)度 7d 下降8.3MPa，28d 下降 10.7MPa，60d 下降 11.3MPa。由此可知，隨著花崗巖粉摻量的增加，礦粉摻量的減少，混凝土強(qiáng)度下降，其主要原因在于花崗巖粉活性較低，不具有火山灰活性及二次水化反應(yīng)，花崗巖粉逐漸取代礦粉后，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。當(dāng)花崗巖粉摻量為 10% 時(shí)，混凝土28d 抗壓強(qiáng)度為 37.4MPa，強(qiáng)度能夠達(dá)到C30 混凝土配制強(qiáng)度要求。

由表 5 和圖 4 混凝土快速碳化結(jié)果可知，隨著花崗巖粉摻量的增加，混凝土各齡期碳化深度隨之呈增大趨勢(shì)。花崗巖粉取代礦粉摻量為 10% 時(shí)，混凝土快速碳化28d 碳化深度為 6.4mm，與基準(zhǔn) H-5（摻礦粉25%）混凝土的碳化深度相比增加2.1mm。結(jié)合圖 3 和 4 數(shù)據(jù)可知，隨著混凝土強(qiáng)度的增大，碳化深度變化的總趨勢(shì)為減小。

根據(jù) JCJ/T 193-2009 《混凝土耐久性檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》混凝土抗碳化性能的等級(jí)劃分表可知，快速碳化試驗(yàn)碳化深度 0.1mm≤d＜10mm 時(shí)，該混凝土抗碳化性能屬于 T-Ⅳ 級(jí)。在 (20±3)% 濃度下碳化28d，大致相當(dāng)于在自然環(huán)境中 50年的碳化深度，從花崗巖粉與礦粉復(fù)摻混凝土快速碳化28d 結(jié)果來(lái)看，混凝土抗碳化性能指標(biāo)均達(dá)到了 T-Ⅳ 級(jí)，表明該混凝土具有良好的抗碳化性能。

3　結(jié)論

（1）花崗巖粉不具有活性，為惰性材料，在水泥制品中主要起到填充作用。

（2）利用花崗巖粉取代水泥，有助于增大混凝土含漿量，增加混凝土的流動(dòng)性，提高混凝土的工作性能，摻量不宜超過(guò) 10%。

（3）花崗巖粉與礦粉復(fù)摻，花崗巖粉摻量控制在 10%以內(nèi)，對(duì)混凝土力學(xué)性能和抗碳化性能無(wú)明顯影響。

（4）利用花崗巖粉作為預(yù)拌混凝土礦物摻合料，摻量控制在 10% 以內(nèi)，不僅能夠滿足混凝土性能要求，同時(shí)可以降低混凝土生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，促進(jìn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高資源利用效率。

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［通訊地址］廈門市同安區(qū)新民鎮(zhèn)鳳嶺路 760 號(hào)（361100）

Study on the effect of granite powder on performance of concrete

Jiang Daxuan1, Lian Yaming1,Wang peixing1, Ye Tianju1, Li Shilong1,Zheng Jiacai2
(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., XiaMen361004;2. Xiamen TianRun Jinlong Building material Co., Ltd., Xiamen361009)

The granite powder to replace part of cement and the effect of doping on the properties of C30 concrete with slag powder was studied in this paper, the test results show that is better than single doped, granite powder and slag powder mixing, when the content is less than 10%, the preparation of the C30 concrete has good mechanical properties and carbonation resistance, to provide the experimental basis of ready mixed concrete as for granite powder.

granite powder; strength activity index; workability; carbonation

江達(dá)宣（1987—），男，助理工程師，主要從事建筑材料研發(fā)與應(yīng)用。