白云巖石粉在混凝土中的應(yīng)用研究

孫麗麗，戚勇軍，畢志剛

（1.唐山冀東混凝土有限公司，河北　唐山064099；2.丹陽市和達(dá)混凝土攪拌有限公司，江蘇　丹陽　212300；3.唐山冀東水泥股份有限公司，河北　唐山　063000）

白云巖石粉在混凝土中的應(yīng)用研究

孫麗麗1，戚勇軍2，畢志剛3

（1.唐山冀東混凝土有限公司，河北唐山064099；2.丹陽市和達(dá)混凝土攪拌有限公司，江蘇丹陽212300；3.唐山冀東水泥股份有限公司，河北唐山063000）

通過對(duì)白云巖石粉在混凝土的使用情況的來看，利用白云巖石粉替代摻合料的混凝土，完全滿足混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量需要，同時(shí)可以節(jié)約能耗，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益。

石粉；摻合料；和易性

0　前言

混凝土中的摻合料通常有粉煤灰、粒化高爐礦渣微粉、硅粉、沸石粉等，最常用的就是粉煤灰和粒化高爐礦渣微粉。隨著環(huán)境氣候的變化，現(xiàn)在很多火電都限產(chǎn)了，導(dǎo)致部分地方的粉煤灰的數(shù)量急劇減少，即使有，質(zhì)量也得不到保證。因此，需要尋找一種可以替代粉煤灰的產(chǎn)品就迫在眉睫了。

在國外，對(duì)石灰石粉在水泥混凝土中的研究、開發(fā)和利用比較早。1979年法國就制定了新的水泥標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了石灰石粉可以作為水泥混合材使用，已有品種標(biāo)準(zhǔn) CPJ45R和 CPJ55R，可單摻亦可復(fù)摻使用。美國 ACI212.1R-81《Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete》中指出，石灰石粉可以作為混凝土的礦物摻合料。從1996年4月到1998年3月，日本混凝土研究院（JCI）指定石灰石粉應(yīng)用技術(shù)委員會(huì)整理制定石灰石粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用于混凝土中的方法指南。現(xiàn)在日本石灰石粉已廣泛應(yīng)用于高流動(dòng)性混凝土和高性能噴射混凝土領(lǐng)域。

近年來，我國也對(duì)使用白云巖石粉生產(chǎn)混凝土進(jìn)行了相關(guān)的研究，如南京水利科學(xué)研究院在“白云巖石粉在復(fù)合膠凝體系內(nèi)的水化特性研究”中重點(diǎn)研究了白云巖石粉存在下的硅酸鹽水泥水化行為及白云巖石粉對(duì)其強(qiáng)度的影響；“白云巖石粉—水泥膠凝體系水化特性研究（I）——水化產(chǎn)物的XRD 分析”中使用 XRD 重點(diǎn)分析了白云巖石粉存在下水泥水化產(chǎn)物的變化及其活性。但兩者均以大壩混凝土和水工混凝土為研究對(duì)象，對(duì)于白云巖石粉在普通泵送混凝土方面性能研究及應(yīng)用的指導(dǎo)作用不大。

筆者通過了解，由于本地眾多的采石場，在骨料制備過程中產(chǎn)生了大量的石粉，通過篩選可以將其中稍粗的作為機(jī)制砂使用，而收塵下來的石粉如果可以作為摻合料用來生產(chǎn)混凝土，不僅可以緩解本地粉煤灰供應(yīng)緊張的局面，而且還能降低混凝土生產(chǎn)成本。為此，筆者通過對(duì)混凝土的新拌合物的性能、力學(xué)性能以及耐久性能等一系列的研究分析，從而來驗(yàn)證該項(xiàng)目的可行性。

1　原材料

石粉：采用淶水京淶建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的白云巖礦山，利用45μm 方孔篩進(jìn)行篩分，并按照比例配制成45μm 篩余分別為15%、25%、35%、45% 和55% 的石粉，其性能檢測結(jié)果如表1。

表1　京淶白云巖骨料收塵石粉化學(xué)組成及物理性能

從表1中可以看出：雖然石粉的細(xì)度不同，但是其 MB值均一致，即收塵石粉的質(zhì)地純凈均勻，不含粘土類礦物雜質(zhì)；活性指數(shù)整體來看較好，遠(yuǎn)大于石灰石粉標(biāo)準(zhǔn)要求的60%，縱向?qū)Ρ入S著細(xì)度的增大，活性有所降低；流動(dòng)度比均大于100%，隨細(xì)度增大而增大。說明該白云巖收塵石粉均可作為混凝土的摻合料來使用。

水泥：采用冀東水泥豐潤公司生產(chǎn)的 P·O42.5R，其性能指標(biāo)如表2。

表2　水泥的物理性能

石：采用5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石；砂：細(xì)度模數(shù)為2.4的中砂。

礦粉：唐山唐龍產(chǎn)的 S95級(jí)粒化高爐礦渣微粉，比表面積420m2/kg。

粉煤灰：Ⅱ級(jí)優(yōu)質(zhì)粉煤灰，細(xì)度45μm 篩余21%，需水量比103%，產(chǎn)地為陡河電廠。

外加劑：冀東水泥外加劑公司生產(chǎn)的聚羧酸系泵送劑，減水率25%。

2　同強(qiáng)度等級(jí)混凝土試配過程及結(jié)果

使用不同細(xì)度石粉，針對(duì)建筑工程上用量最大的 C30強(qiáng)度等級(jí)的混凝土試配，混凝土配合比見表3。

表3　試配混凝土的配合比　　　　　　　　　kg/m3

針對(duì)5種不同細(xì)度的石粉，分別摻入40公斤和80公斤，保證膠凝材料不變的情況下減少同質(zhì)量粉煤灰，加上空白對(duì)比樣共進(jìn)行11組混凝土試驗(yàn)，結(jié)果如表4。

表4中，將不同細(xì)度收塵石粉配制的混凝土，從出機(jī)性能和強(qiáng)度兩方面比較發(fā)現(xiàn)，只有細(xì)度達(dá)到55% 時(shí)，性能有所下降，和易性上出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，混凝土強(qiáng)度也隨之有所降低，摻入量為40kg/m3時(shí)，28d 強(qiáng)度降低10%，摻入量為80kg/m3時(shí)，28d 強(qiáng)度降低16%。因此，可以暫定石粉的性能指標(biāo)為細(xì)度（45μm 篩余）≤45%，活性指標(biāo)：7d≥60%；28d≥60%，MB 值0.5%。

表4　混凝土的性能

3　不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土試驗(yàn)過程和結(jié)果

通過利用石粉的性能指標(biāo)來對(duì)建筑工程中常用的幾種混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別進(jìn)行試驗(yàn)，在保證混凝土配合比總膠凝材料、用水量、外加劑用量、砂率等不變的情況下，使用石粉來替代粉煤灰，檢驗(yàn)石粉對(duì)混凝土的性能的影響。試驗(yàn)所用其他材料同前面的檢驗(yàn)結(jié)果，收塵石粉的質(zhì)量指標(biāo)如表5所示。

表5　京淶白云巖收塵石粉的質(zhì)量指標(biāo)

收塵石粉的80μm 篩下部分的粒度分布如圖1所示。

圖1　收塵粉粒度分布圖

試驗(yàn)配合比如表6。

表6　混凝土試配配合比　　　　　　　　　　kg/m3

不同強(qiáng)度等級(jí)、收塵石粉摻量不同對(duì)混凝土工作性能的影響以及對(duì)力學(xué)性能的影響結(jié)果見表7以及圖2～6。

表7　收塵石粉對(duì)混凝土工作性、力學(xué)性能的影響

圖　2　C20強(qiáng)度分布圖

圖3　C30強(qiáng)度分布圖

圖4　C40強(qiáng)度分布圖

圖5　C50強(qiáng)度分布圖

圖6　C60強(qiáng)度分布圖

從以上圖表來看，在外加劑和用水量保持不變的情況下，不同石粉摻量時(shí)，混凝土的出機(jī)坍落度和擴(kuò)展度以及1h經(jīng)時(shí)損失等與基準(zhǔn)樣對(duì)比，變化均很小。從強(qiáng)度增長來看，不管是何齡期的強(qiáng)度，在粉煤灰和石粉等量摻加時(shí)，強(qiáng)度發(fā)展與基準(zhǔn)基本一致，大于 C40強(qiáng)度時(shí)，強(qiáng)度發(fā)展還略高于基準(zhǔn)；同時(shí)各個(gè)摻量的混凝土也與基準(zhǔn)相差無幾，均能滿足設(shè)計(jì)要求。

4　收塵石粉對(duì)混凝土耐久性的影響

通過對(duì) C30、C60兩種強(qiáng)度混凝土（配合比分別采用前面的基準(zhǔn)和第4組兩種）進(jìn)行了抗?jié)B性能、抗凍性能、碳化性能的試驗(yàn)，結(jié)果如表8。

從表8試驗(yàn)結(jié)果來看，在不添加任何膨脹劑和引氣劑的條件下，摻加了石粉的也能達(dá)到 P12的抗?jié)B等級(jí)；抗凍性能上，C30滿足200次凍融循環(huán)的要求；C60滿足250次凍融循環(huán)的要求，同時(shí)摻加了石粉的混凝土的相對(duì)彈性模量下降的較基準(zhǔn)的要小，說明抗凍性能要優(yōu)于基準(zhǔn)。

表8　混凝土耐久性能結(jié)果

5　結(jié)論

（1）白云巖收塵石粉可以作為混凝土礦物摻合料進(jìn)行使用。

（2）作為摻合料使用時(shí)不影響混凝土的出機(jī)和經(jīng)時(shí)損失，對(duì)混凝土強(qiáng)度沒有影響。

（3）摻加石粉后的混凝土，抗?jié)B性能能滿足工程使用要求，混凝土的干縮和抗碳化性能得以改善加強(qiáng)，提高混凝土的抗凍性能。

（4）收塵石粉的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于粉煤灰的成本，不僅可以緩解部分地區(qū)粉煤灰供應(yīng)不足的情況，還能大大降低混凝土的材料成本，既提高了混凝土公司的利潤，也提高了骨料生產(chǎn)企業(yè)的利潤，同時(shí)還減少了廢料排放，達(dá)到了節(jié)能減排降耗的效果。

[1] GB/T30190－2013．石灰石分混凝土[S]．

[2] GB/T51003－2014．礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

[3] JGJ/T318－2014．石灰石粉在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

[4] 白云巖骨料收塵石粉作為摻合料生產(chǎn)混凝土技術(shù)研究技術(shù)報(bào)告[Z]． 唐山冀東混凝土有限公司，2013,7．

［單位地址］河北省唐山市豐潤區(qū)林蔭路冀東水泥股份有限公司（064099）

孫麗麗，女，工程師，唐山冀東混凝土有限公司。