不同地區花崗巖石粉特性試驗研究

林 弟，吳慶霞，趙奇才，劉 方

(1.保利長大工程有限公司，廣州 510620；2.中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013)

隨著國家基礎設施投資和建設規模的激增，以及國家“一帶一路”倡議的發展，作為最大宗建筑材料的混凝土用量在中國已經超過30億立方。優質的混凝土原材料，如河砂、碎石以及礦物摻合料出現緊缺，在很多地區供不應求，尤其是傳統的礦物摻合料，粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰等，很多地區都出現了摻假和造假現象，對于工程施工質量的負面影響極大。目前，國內外對于新型輔助膠凝材料的研究較多，如石灰石粉、沸石粉、玻璃粉、磨細火山渣等[1-8]，對于傳統礦物摻合料的補充效果明顯，取得了良好的工程應用效果。

為了落實國家“綠水青山就是金山銀山”的政策，國家環境保護的要求逐年提高，河砂開采受到嚴格限制，為此，機制砂應用已經逐漸成為建設用砂的主流，然而在機制砂生產過程中產生了大量的石粉，如果這些石粉得不到較好的利用，一方面將造成環境污染，另一方面也是一種極大的資源浪費。在廣東地區、四川地區和甘肅地區，花崗巖是生產機制砂的主要巖性，產生了大量的花崗巖石粉，目前對于花崗巖石粉在混凝土中應用研究報道尚較少[9-11]。該文采用廣東、四川和甘肅三個地區取樣的六種花崗巖石粉，研究花崗巖石粉MB值、流動度比和活性指數等基本技術指標情況，為其在混凝土中應用提供數據支撐。

1 試 驗

1.1 原材料

試驗收集了三個地區的花崗巖石粉，分別為廣東、四川和甘肅，每個地區的石粉有兩個細度。

廣東地區花崗巖石粉：機制砂生產過程中收集的原狀石粉，細度較大，初步預計45 μm篩余大于15%，編號為H-1；另外一種為加工后的石粉，細度較小，初步預計45 μm篩余小于15%，編號為H-2。

四川地區花崗巖石粉：同樣為兩種細度，一種45 μm篩余量大于15%，編號為H-3，另一種45 μm篩余量小于15%，編號為H-4。

甘肅地區花崗巖石粉：同樣為兩種細度，一種45 μm篩余量大于15%，編號為H-5，另一種45 μm篩余量小于15%，編號為H-6。

1.2 方法

細度：參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596，采用45 μm方孔篩篩余。

強度活性指數：采用《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596活性指數試驗方法，花崗巖石粉與水泥比例為3∶7。

流動度比：參照《水泥砂漿和混凝土用天然火山灰質材料》JG/T315—2011流動度比試驗方法，花崗巖石粉與水泥比例為3∶7。

含水率：參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596含水率試驗方法，在膠砂成型當天測試石粉含水率。

MB值：參照《石灰石粉混凝土》GB/T 30190—2013進行測試，試驗采用純石粉測試MB值。

2 結果及分析

2.1 花崗巖石粉基本性能指標

表1為花崗巖石粉基本性指標情況，包括細度、MB值和含水量，可以看出，三種不同地區的石粉均為兩種細度，較粗的石粉為機制砂生產過程中直接收集的石粉，細度均大于20%，最高為甘肅地區的石粉，細度為26.8%；而三個地區的加工石粉，細度均小于10%，最細的為四川石粉，細度為4.8%。通過石粉的細度數據可以看出，直接收集的石粉細度普遍較大，通過粉磨加工后，細度降低明顯，在實際應用過程中，可以根據需求進行石粉的粉磨加工。

表1 花崗巖石粉基本性能測試結果

花崗巖石粉的亞甲藍吸附值(MB值)是指采用石粉對于亞甲藍溶液的吸附情況表征石粉干凈程度的一個指標，MB值越小說明石粉越干凈，作為礦物摻合料加入到混凝土中時其對于外加劑的吸附較少，能夠不影響混凝土工作性能。在國家標準《石灰石粉混凝土》GB/T 30190中是采用50 g石粉加150 g標準砂混合測試亞甲藍吸附值，用標準砂稀釋石粉，使得得到的MB值可以與機制砂標準的規定對比；而目前標準傾向于采用純石粉進行MB值試驗。由表1的試驗結果可知，四川地區的花崗巖石粉MB值較小，兩種細度的石粉MB值均為0.25，而甘肅地區的花崗巖石粉MB值最大，細度為26.8%的粗石粉MB值為3.25，細度為7.6%的細石粉MB值為3.00，廣東地區的花崗巖石粉MB值介于前兩者之間。對比GB/T 30190試驗方法和純石粉試驗方法的試驗數值可以看出，MB值的對應關系基本在4倍左右。

表1中同時給出了花崗巖石粉的含水量情況，可以看出，6種石粉的含水量均小于0.5%，含水量最大的為廣東地區的粗石粉，含水量為0.48%，含水量最小的為四川地區的粗石粉，含水量為0.04%。

2.2 花崗巖石粉流動度比

礦物摻合料的流動度比是指在水泥中摻加一定量的摻合料測量砂漿流動度與純水泥砂漿流動度進行對比，表征礦物摻合料對漿體流動性的影響。流動度比越大說明摻合料可以改善漿體流動性，反之流動度比越小說明摻合料削弱了漿體流動性。

圖1為不同花崗巖石粉流動度比情況，可以看出，6組花崗巖石粉的流動度比均小于100%，說明花崗巖石粉的摻入對于漿體流動性具有一定的負面影響。當花崗巖石粉作為摻合料摻入到混凝土中時會降低混凝土工作性能，因此在配制花崗巖石粉混凝土時需要特別注意混凝土工作性能，可采用調整配合比參數、優選減水劑和優化減水劑摻量等技術手段改進混凝土工作性能。

流動度比最小的花崗巖石粉為H-3和H-5組，即為四川地區的粗石粉和甘肅地區的粗石粉，流動度比為85%，流動度比最大的花崗巖石粉為H-2，即為廣東地區的細石粉，流動度比為93%。對比同一地區不同細度的花崗巖石粉流動度比可以看出，細度較細的花崗巖石粉流動度比均較大，說明磨細石粉可以提升其流動度比，進而有利于花崗巖石粉在混凝土中應用，主要原因可能是，細度較細的石粉具有更小的顆粒粒徑，有利于其填充于大顆粒的水泥之間，釋放了水泥顆?？紫吨g的水，提升了漿體的流動性。

對比不同地區的花崗巖石粉可以看出，廣東地區的石粉流動度比最大，四川地區和甘肅地區的花崗巖石粉流動度比相近，說明不同地區的花崗巖石粉在技術指標上具有一定差異，在工程應用過程中應加以區別，通過試驗確定相關技術指標，不能盲目使用。

2.3 花崗巖石粉活性指數

礦物摻合料活性指數與流動度比相似，是指水泥中摻加一定量的摻合料后測量砂漿抗壓強度與純水泥砂漿抗壓強度并進行對比，表征摻合料對砂漿強度的影響。活性指數越大，說明礦物摻合料活性越大，對于砂漿強度具有正面影響。

圖2為不同花崗巖石粉在不同試驗齡期的活性指數試驗結果，可以看出，6組花崗巖石粉在7 d、28 d和56 d三個試驗齡期，活性指數大體在60%上下，說明花崗巖石粉活性較低，基本上屬于惰性的輔助膠凝材料，在其作為礦物摻合料摻入混凝土時應特別注意對混凝土力學性能的影響，應通過調整水膠比、控制摻量等技術措施使花崗巖石粉摻入混凝土中力學性能滿足要求。

對比花崗巖石粉細度對活性指數的影響可以看出，在7 d齡期時廣東地區的石粉活性指數與四川地區石粉相當，并且細度較粗的石粉活性指數反而比細的石粉高，廣東地區石粉的高19%、四川地區石粉高6.6%。等到了56 d試驗齡期時，細度較細的石粉均比較粗的石粉活性指數高，其中廣州地區石粉低7.1%、四川地區石粉低3.7%、甘肅地區石粉低3.3%，對比不同地區花崗巖石粉活性指數可以看出廣東地區石粉略低于其他兩地的石粉，相近細度的花崗巖石粉，以粗石粉為例，廣東地區相比四川地區和甘肅地區分別低6.4%和9.6%。另外對比不同花崗巖石粉在不同齡期的活性指數可以看出，試驗齡期7 d時，石粉活性指數略高，等到了28 d齡期和56 d齡期，同一組石粉的活性指數相近，說明隨著齡期的延長，花崗巖石粉的活性變化很小，也進一步證實了花崗巖石粉屬于惰性石粉，在混凝土中主要為惰性填充作用。

3 結 論

目前機制砂已經占到了建設用砂的70%以上，在機制砂生產過程中產生大量的石粉，為推進石粉應用，研究了花崗巖石粉的技術指標情況，得到如下結論：

a.試驗采用的花崗巖石粉中四川地區的花崗巖石粉MB值較小，兩種細度的石粉MB值均為0.25，而甘肅地區的花崗巖石粉MB值最大，細度為26.8%的粗石粉MB值為3.25，細度為7.6%的細石粉MB值為3.00。

b.不同地區的花崗巖石粉的流動度比均小于100%，說明花崗巖石粉的摻入對于漿體流動性具有一定的負面影響，當花崗巖石粉作為摻合料摻入到混凝土中時會降低混凝土工作性能。

c.不同地區的花崗巖石粉在7d、28d和56d三個試驗齡期，活性指數大體在60%上下，說明花崗巖石粉活性較低，基本上屬于惰性的輔助膠凝材料，在其作為礦物摻合料摻入混凝土時應特別注意對混凝土力學性能的影響。