大理石粉對(duì)水泥物理力學(xué)性質(zhì)影響試驗(yàn)研究

張 帆，張金團(tuán)，李桂山，胡 琴，莫錦平

1.賀州市生態(tài)新城開發(fā)有限公司，廣西 賀州 542899；2.賀州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，廣西 賀州 542899；3.廣西賀州市旅游實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，廣西 賀州 542899

1 概述

大理石在世界各國(guó)都有分布，其品種繁多、用途廣泛，在土耳其、意大利、伊朗、中國(guó)、西班牙、印度等國(guó)均為重要的礦產(chǎn)資源被開采利用［1］。其中，白色大理石強(qiáng)度較低，易于破碎呈粉體，由于其純度和白度極高，被廣泛應(yīng)用于塑料、橡膠、牙膏和藥品的填充材料。廣西壯族自治區(qū)賀州市平桂管理區(qū)擁有我國(guó)華南地區(qū)最大的白色大理石礦床，白色大理石遠(yuǎn)景儲(chǔ)量高達(dá)26 億m3［2］，主要用于加工制作石材工藝品、重質(zhì)碳酸鈣、人造大理石、涂料和塑料母粒等。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水泥、砂石、礦物摻合料等成本不斷高企，導(dǎo)致建筑成本節(jié)節(jié)攀升。如果將制造容易、顆粒細(xì)小的碳酸鈣粉加入水泥中用于生產(chǎn)制作各種水泥基材料，既能改善水泥基材料性能，又能節(jié)約成本。因此，世界各國(guó)針對(duì)大理石粉在水泥基材料中的應(yīng)用開展了廣泛的研究，現(xiàn)有結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可用于制作高性能混凝土［3］、混凝土空心砌塊磚［4］、免燒磚［5］、鋪路磚［6］等。但，其對(duì)水泥性能的影響規(guī)律研究成果不多，而在所有水泥基材料的應(yīng)用中其對(duì)水泥性能的影響研究是不可避免的。

本研究采用三種顆粒級(jí)別（3000 目、600 目、400 目）的大理石粉，分別取代5%、10%、15%、20%、25%（按水泥質(zhì)量計(jì)）的水泥，研究白色大理石粉對(duì)水泥物理及力學(xué)性能的影響規(guī)律，以期為材料工作者提供參考和借鑒。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料

本研究所用水泥為華潤(rùn)富川水泥廠生產(chǎn)的潤(rùn)豐（旋窯）PO 42.5 級(jí)水泥（C）。

本研究所用大理石粉為賀州永通粉體有限公司生產(chǎn)的3000目（M1）、600目（M2）和400目（M3）工業(yè)用純大理石粉。

試驗(yàn)所用標(biāo)準(zhǔn)砂選用廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司產(chǎn)中國(guó)ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂。

各級(jí)大理石粉與水泥互摻而成大理石粉水泥，分別稱為3000目水泥（MC1）、600目水泥（MC2）和400目水泥（MC3）。

2.2 試驗(yàn)方法

樣品制備：制樣和新拌樣品測(cè)試溫度控制在20±2℃，空氣濕度高于50%；樣品養(yǎng)護(hù)在標(biāo)養(yǎng)箱中進(jìn)行，控制溫度為20±1℃，相對(duì)濕度高于90%，養(yǎng)護(hù)1d 后拆模繼續(xù)置于標(biāo)養(yǎng)箱中養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

水泥的凝結(jié)時(shí)間和用水量的試驗(yàn)操作，按照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)規(guī)范》（GB/T 1346-2011）的規(guī)定進(jìn)行。

水泥的膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)測(cè)試，按照《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》（GB/T 2419-2015）的規(guī)定進(jìn)行。水泥的強(qiáng)度試驗(yàn)操作，按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）的規(guī)定進(jìn)行。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量

水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量試驗(yàn)結(jié)果整理如表1。

表1 水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量 %

從表1 試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，MCI、MC2 和MC3 樣品的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量均表現(xiàn)出規(guī)律性變化，即摻量越大用水量越小，各類大理石粉對(duì)水泥均表現(xiàn)出了減水作用。MC3 樣品的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量減小趨勢(shì)最大，因此大理石粉顆粒越細(xì)小其減水效果越明顯。

3.2 水泥的初終凝時(shí)間

各水泥樣品的初終凝時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果整理如表2。

表2 水泥的初終凝時(shí)間 min

從表2 中可以看出，隨著大理石粉摻量的增加，各樣品的初終凝時(shí)間均表現(xiàn)出縮短的趨勢(shì)，并且均符合規(guī)范要求。其中MC1 樣品在大理石粉摻量為25%時(shí)初凝時(shí)間與終凝時(shí)間分別縮短了50min 和32min，MC2 樣品在大理石粉摻量為25%時(shí)初凝時(shí)間與終凝時(shí)間分別縮短了17min 和24min，MC3 樣品在大理石粉摻量為25%時(shí)初凝時(shí)間與終凝時(shí)間分別縮短了16min和17min。

表中數(shù)據(jù)的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，大理石粉摻量、初終凝時(shí)間、水粉比等的變化均具有一定的規(guī)律性。其中影響最明顯的因素為水粉比（W/P），水粉比隨摻量的增加而用水量不斷減少，從而表現(xiàn)出不斷減小的趨勢(shì)。這是因?yàn)椋罄硎鬯嘀袑?shí)際用水量的減少導(dǎo)致自由水量不斷減少，而水泥用量不斷減少，其與水的有效接觸面增大，產(chǎn)生更多的硅酸鈣凝膠水化產(chǎn)物，從而加快了水泥的凝結(jié)硬化。

3.3 水泥的膠砂強(qiáng)度

各水泥樣品的水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果整理如表3。

表3 水泥膠砂強(qiáng)度 MPa

從表3 試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，大理石粉對(duì)水泥強(qiáng)度的影響比較明顯，粉體內(nèi)摻對(duì)水泥早期強(qiáng)度的發(fā)展比較有利，而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較慢。大理石粉影響水泥強(qiáng)度的主要因素為活性膠凝物質(zhì)的絕對(duì)數(shù)量（即粉體的摻量）、水灰比、內(nèi)摻粉體的化學(xué)成分和粉體的細(xì)度，基于大理石粉等量取代水泥而使樣品中水泥的含量相對(duì)減小，大理石粉其活性很低在體系中不應(yīng)作為膠凝材料而只能作為礦物摻合料，體系中的膠凝材料只有水泥，從而導(dǎo)致實(shí)際水灰比增大，水灰比的增大和膠凝材料用量的減少使試樣的強(qiáng)度不斷降低。

4 結(jié)論

（1）大理石粉對(duì)水泥具有一定的減水效果，顆粒越細(xì)小其減水效果越明顯。

（2）對(duì)凝結(jié)時(shí)間影響最敏感的指標(biāo)為水粉比（W/P），水粉比隨摻量的增加而用水量不斷減少，而凝結(jié)時(shí)間表現(xiàn)出不斷減小的趨勢(shì)。

（3）大理石粉的摻加顯著影響了水泥強(qiáng)度，并且試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)其可以有效提高早起強(qiáng)度，但是不利于晚期強(qiáng)度的增長(zhǎng)。