幾種不同巖性石粉與PCE相容性研究

劉歡 劉昭洋

摘 要：本文對(duì)不同巖性石粉（石灰石粉、灰礦粉、花崗巖石粉、玄武巖石粉）與外加劑的相容性進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：不同巖性石粉都能被PCE很好的分散，且不同巖性石粉漿體被分散到相同擴(kuò)展度的PCE摻量不一樣。不同巖性石粉摻入水泥中并不會(huì)增加水泥漿的PCE摻量，摻入30%花崗巖石粉和30%玄武巖石粉后的水泥漿的外加劑摻量反而減少了。

關(guān)鍵詞：巖性石粉；PEC；相容性

為了降低大體積混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)，很多橋梁工程、水利水電等重大工程都采用摻入粉煤灰降低混凝土水化熱。由于粉煤灰在有的地區(qū)相對(duì)匱乏，就不得不長途運(yùn)送粉煤灰。

同時(shí)，這些粉煤灰資源較匱乏的地區(qū)一些粉煤灰廠家還以次充好，導(dǎo)致?lián)饺敕勖夯业幕炷翐p失快、外加劑摻量增大以及會(huì)對(duì)硬化混凝土耐久性產(chǎn)生有害影響。然而，在這些工程施工過程中產(chǎn)生的大量石粉卻不能得到有效利用，還需要找地方堆放，不僅占用大量土地資源，造成資源浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也不利。因此，開發(fā)利用石粉做混凝土摻合料，既可以解決遠(yuǎn)距離運(yùn)輸摻合料的問題，還能有效利用資源，并減少對(duì)環(huán)境的污染與破壞。

另外一些研究表明[ 1-3 ]，石粉的加入能改善混凝土的和易性和提高硬化混凝土性能。大量學(xué)者對(duì)石粉摻合料混凝土進(jìn)行了研究[ 4-9 ]，但對(duì)不同巖性石粉與PCE的相容性卻鮮有研究。本文嘗試對(duì)四種不同巖性石粉與PCE的相容性進(jìn)行研究。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

1）石灰石粉，灰礦粉、花崗巖石粉、玄武巖石粉均由某大型水電工程項(xiàng)目提供，比表面積為600m2/Kg。

2）水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥，由四川峨勝水泥廠生產(chǎn)。

3）外加劑：GK-3000高性能聚羧酸減水劑，固含30.5%，由石家莊長安育才建材有限公司生產(chǎn)。

4）試驗(yàn)用水：自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)分兩步進(jìn)行，首先通過X射線衍射對(duì)四種不同巖性石粉進(jìn)行了礦物分析。其次，為了研究不同巖性石粉與PCE的適應(yīng)性，設(shè)計(jì)了兩組試驗(yàn)，分別是純石粉與PCE相容性試驗(yàn)和摻30%石粉的峨勝水泥與PCE相容性試驗(yàn)，配合比見表1。試驗(yàn)采用GB/T 8077-2012 《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同巖性石粉XRD衍射試驗(yàn)

石灰石粉不含有明顯的雜質(zhì)（如圖1所示），只含有一些方解石。因此，它是一種不含粘土等礦物的純凈的樣品。

通過圖2的XRD圖譜來看，灰礦樣品含有石英，云母（白云母和伊利石），含長石的礦物質(zhì)（鈉長石）和一些粘土礦物質(zhì)（綠泥石）。

因此，說明灰礦是一種以石英（二氧化硅）為主的混合物樣品，并且同時(shí)少量含有其他幾種粘土礦物（云母，長石，綠泥石）。

然而，這些粘土礦物屬于一類被稱為“不膨脹”粘土族對(duì)PCE減水劑影響很小。

花崗巖石粉樣品含有的雜質(zhì)比以上兩種樣品多，除以上兩種石粉含有的礦物外，其還含有架狀硅酸鹽礦物（微斜長石），云母，鈉長石和粘土礦物（綠泥石），如圖3中X光衍射圖譜所示。

因此，花崗巖石粉以石英（二氧化硅）為主，但是同時(shí)含有較多的云母（黑云母）和其他粘土成分，其他的礦物成分就少一些。這些被分析出粘土礦物成分對(duì)PCE減水劑的影響不大。

玄武巖樣品雜質(zhì)是最多的，他含有石英和大量的不同種類的粘土礦物，有架狀硅酸鹽（微斜長石），云母（黑云母），長石礦物（長石鈉長石和），蒙脫石（蒙脫石）和綠泥石，正如圖4的X光衍射圖所示。不僅如此，一些非晶體結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)相也呈現(xiàn)出來了。所有被分析出的這些粘土礦物中，只有蒙脫石是對(duì)PCE減水劑有影響的。

2.2 不同巖性石粉與PCE適應(yīng)性試驗(yàn)

2.2.1方案1凈漿試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)方案一的結(jié)果表明四種不同巖性的石粉都能被PCE很好的分散。達(dá)到相同擴(kuò)展度時(shí)，不同巖性石粉的PCE的摻量是不一樣的，PCE摻量由低到高依次是：石灰石粉<灰礦粉<花崗巖石粉<玄武巖石粉。

2.2.2方案2凈漿試驗(yàn)結(jié)果

在摻入30%石粉后水泥漿體都能被PCE很好的分散。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻入30%灰礦粉和摻入30%石灰石粉后的PCE的吸附與不摻石粉的純峨勝水泥漿體吸附相當(dāng)。

很有意思的是，在達(dá)到相同擴(kuò)展度時(shí)，摻入30%花崗巖石粉和30%玄武巖石粉的后水泥凈漿PCE摻量反而減少了。這與圖5即方案一的純的花崗巖石粉和玄武巖石粉對(duì)PCE摻量更大的試驗(yàn)結(jié)果形成顯著對(duì)比。

為了對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行解釋，我們測(cè)試了不同巖性的石粉在0.5的水膠比下的zeta電位。試驗(yàn)結(jié)果顯示，石灰石粉帶有正電荷，而其他三種石粉都是帶有負(fù)電的的，其中電負(fù)性由大到小依次時(shí)玄武巖石粉>花崗巖石粉>灰礦粉。

在純石粉漿體中，石灰石粉是帶有正電荷，能較快的吸附陰離子型PCE，故能被很好的分散；而玄武巖石粉帶負(fù)電荷最大，對(duì)于陰離子型PCE具有排斥作用，所以很難分散。

在摻入30%石粉+峨勝水泥的體系中，帶正電的石灰石粉因?yàn)槲礁?jìng)爭力較強(qiáng)的硫酸根而顯示負(fù)電荷，與陰離子型PCE形成排斥作用，PCE較難吸附在石灰石粉表面從而很難發(fā)揮分散作用；而帶負(fù)電的玄武巖石粉吸附帶正電的鈣離子從而表面顯正電荷，陰離子型PCE很容易被吸附到玄武巖石粉顆粒的表面，故能被很好的分散。

3 結(jié)論

1）不同巖性石粉都能被PCE很好的分散，且不同巖性石粉漿體被分散到相同擴(kuò)展度需要的PCE量不一樣。

2）不同巖性石粉摻入水泥中并不會(huì)增加水泥漿對(duì)PCE的吸附量，摻入30%花崗巖石粉和30%玄武巖石粉石粉后的水泥漿對(duì)PCE的吸附反而減少了。

3）表面帶負(fù)電荷的石粉摻入水泥中能減少漿體對(duì)PCE的吸附。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李步新，陳峰.石灰石硅酸鹽水泥力學(xué)性能研究[J].建筑材料學(xué)報(bào)，1998年6月第2期第一卷.

[2] 李俊毅.摻惰性材料水泥混凝土抗凍性試驗(yàn)研究[J].低溫建筑技術(shù)，1999年第3期.

[3] P.Poitevin.Limestone aggregates concrete，usefulness and durability[J].Cement and Concrete Composites，1992，21（1）：89-97.

[4] G.Kakali，S.Tsivilis，E.Aggeli，M.Bati，Hydration products of C3A，C3S and Portland cement in the presence of CaCO3[J].Cement and Concrete Research，2000（30）：1073-1077.

[5] 雷昌聚.摻磨細(xì)石灰石粉混凝土的試驗(yàn)與應(yīng)用[J].混凝土，1996（4）：21-25.

[6] 蔡勝華，楊華全，等.石粉含量對(duì)大壩碾壓混凝土性能的影響[J].水力發(fā)電，2008，34（1）：32-34.

[7] 馬燁紅，吳笑梅，潘粵明.石灰石粉作摻和料對(duì)混凝土工作性能的影響[J].混凝土，2007（6）：56-59.

[8] S.Tsivilis，G.Batis，E.Chaniot akis，Gr.Grigoriadis，D.Theodossis.Properties and behavior of limestone cement concrete and mortar[J].Cement and Concrete Research，2000，30：1679-1683.

[9] 熊遠(yuǎn)柱.高摻量石灰石粉對(duì)混凝土耐久性的影響[D].武漢理工大學(xué)碩士論文，2010.