大理石粉對混凝土力學及耐久性能影響研究

衛晉生

（山西建筑工程集團有限公司）

十四五以來，國家加大了對固體廢棄物重復利用的重視，頒布了一系列政策加強該問題的解決措施。近年來，隨著經濟的發展，國內石材行業得到了快速發展，而石材廢料產生的粉末塵土對周邊居民造成嚴重的不利影響。因此，將其摻入混凝土中，是解決其去處的有效途徑[1-3]。故研究石材廢料對混凝土力學及耐久性能具有重要的實際意義。

目前，研究者已經開展了大量廢棄物類混凝土性能方面的研究[4-6]。李翼研究了粉煤灰對混凝土抗裂性能的影響，認為粉煤灰降低了干縮能力，提高了其抗裂能力[4]。楊靜和曾偉等人認為一定量的粉煤灰可以有效提高透水混凝土的各項性能[5,6]。但是對大理石粉末、花崗巖粉末等石材廢料對混凝土各種性能的研究略顯不足。基于上述背景，本文研究了不同水灰比（0.4、0.5、0.6）及不同大理石粉末摻量（0%、8%、16%、24%）下混凝土抗壓、抗拉強度、碳化強度及滲透系數的演變規律，為石材廢料混凝土的材料組成比例優化設計提供一定的經驗，助力高性能混凝土材料的研發工作。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

本文采用的原材料包括天然粗集料、河砂、水泥、減水劑、大理石粉末、水和粉煤灰。

⑴天然粗集料為石灰巖碎石，5～25mm 粒徑范圍，級配合格。砂為河砂，細度模數為2.12，符合規范粒徑規定。

⑵水泥為強度等級42.5 級普通硅酸鹽水泥，初凝時間為148min，終凝時間為251min，其他指標符合標準要求。

⑶粉煤灰為Ⅱ級粉煤灰，其密度為2.14g/cm3，細度為8.1。

⑷試驗用水為自來水，減水劑為RSD-8 引氣減水劑，減水率≥40%。

⑸試驗所用大理石粉末為大理石加工過程中產生的粉末，比重為2.67。

1.2 混凝土配合比

透水混凝土配合比設計依據《普通混凝土配合比設計規程》[7]的要求進行，混凝土配合比如表1 所示，根據表1 的配合比分析了不同水灰比條件下（0.4、0.5 及0.6）條件下大理石粉摻量（0%、8%、16%、24%）對混凝土抗壓、抗拉強度、碳化深度及滲透系數的影響規律。

表1 混凝土配合比(kg/m3)

1.3 測試方法

抗壓強度和抗拉強度測試方法參照規范GB/T 50081-2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》[8]中規定的進行。

抗氯離子滲透性能和抗碳化性能測試依照GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[9]中規定的進行。

2 大理石粉對混凝土力學性能影響研究

不同條件下混凝土力學性能的試驗數據如圖1 所示，從圖1 中可以看出，混凝土的抗壓強度與大理石摻量呈現先正相關后負相關的趨勢關系，且隨著水灰比的增加，兩者的相關關系變化趨勢更加顯著。這是由于大理石粉末在混凝土內部代替了水泥的摻量，當較低摻量時，大理石粉末可以沖當細砂的作用，填充內部的空隙，有效提升其密實度，進而提高了混凝土的抗壓強度。但是當替代水泥過多時，內部產生的水化產物過少，反而降低了混凝土的強度[10-11]。混凝土的抗拉強度與大理石摻量同樣呈現先正相關后負相關的趨勢關系，這與上述抗壓強度的演變規律一致。

圖1 力學性能與大理石粉摻量相關關系

3 大理石粉對混凝土耐久性能影響研究

3.1 大理石粉對混凝土碳化深度的影響研究

不同條件下混凝土碳化深度的試驗數據如圖2 所示。從圖2 中可以看出，混凝土的碳化強度與大理石摻量呈現先負相關后正相關的趨勢關系，且隨著水灰比的增加，兩者的相關關系變化趨勢更加顯著。這是由于較低摻量時，大理石粉末沖當細砂的作用，填充內部的空隙，減少了混凝土內部聯通空隙數量，空氣中二氧化碳難以進入混凝土內部，因此碳化深度降低[12]。但是當摻量超過一定量時，水泥摻量過低，減低了水化產物，反而降低了空隙，使得二氧化碳含量增加，增加了碳化深度。

圖2 混凝土碳化深度與大理石粉摻量相關關系

3.2 大理石粉對混凝土氯離子滲透性的影響研究

不同條件下混凝土氯離子滲透系數的試驗數據如圖3 所示。從圖3 可以看出，混凝土的氯離子滲透系數與大理石摻量呈現先負相關后正相關的趨勢關系，且隨著水灰比的增加，兩者的相關關系變化趨勢更加顯著。這與碳化深度的變化規律一致。同樣是由于混凝土內部不同摻量時下大理石粉末充當的作用不同，導致混凝土內部空隙及滲透路徑有所變化[13-16]。結合抗壓強度、抗拉強度及碳化深度與大理石粉末摻量的演變關系，整體上，本文測試條件下，最佳的大理石摻量為16%。

圖3 混凝土氯離子滲透系數與大理石粉摻量相關關系

4 結語

近年來，隨著經濟的發展，國內石材行業得到了快速發展，石材廢料也造成了環境污染。目前，國家大力推行固體廢棄物的重復利用，將石材廢料摻入混凝土中是對其進行二次利用的重要途徑之一。基于上述背景，本文研究了不同水灰比（0.4、0.5、0.6）條件下大理石粉末摻量（0%、8%、16%、24%）對混凝土抗壓、抗拉強度、碳化強度及滲透系數的影響，為石材廢料混凝土的材料組成比例優化設計提供一定的參考，助推高質量混凝土材料的研發工作。