低活性石粉在中低强度混凝土中的应用研究

曾冲盛

(莆田市海宏混凝土有限责任公司 莆田仙游 351200)

引 言

我国建筑装饰石材加工行业近年发展迅速，已成为世界最大的石材生产、消费和出口大国。与此同时，石材在加工工程中会产生大量的废浆。根据石材加工方式的不同，废浆量占所加工荒料重量20% ～30%，废浆中含水约为50%，其余就是石粉。由于废弃石料的随意排放，造成石材加工企业周边地区严重的粉尘污染和河流污染，成为环保重灾区。在我国现代化工业的步伐不断加快，对环境资源需求的不断增大的时代背景下，如何有效利用废弃石粉资源，成为亟需解决的重要问题[1－2]。

目前，国内学者主要针对具有一定胶凝活性的石灰石粉对混凝土性能的影响开展了一系列研究，而对低活性的花岗石、大理石粉等应用于混凝土的相关研究相对较少[3－9]。因此，研究低活性石粉在混凝土中应用技术，不仅可以降低商品混凝土成本，还可变废为宝，有效解决我省石材加工企业每年产生数量巨大的石粉利用问题，具有良好的社会效益。

本试验将低活性石粉(大理石粉和花岗岩粉)分别与粉煤灰、矿粉复掺，研究石粉对中低混凝土工作性、及强度及收缩性的影响，探索低活性石粉在混凝土应用可行性，并为其应用于预拌混凝土生产实践提供相应的技术依据。

1 试验

1.1 原材料

花岗岩粉、大理石粉:泉州市晋江石材厂石材加工产生的废石粉。由于石粉含水率高达30%，故利用前在烘箱中100℃下烘干4～5小时，再放入SMΦ500*500卧式球磨机中粉碎10min，经测试其基本性能见(表1)。水泥:华润水泥(龙岩)有限公司P·O42.5普通硅酸盐水泥;粉煤灰:漳州后石电厂II级粉煤灰;矿粉:三钢集团矿微粉有限公司S95级矿渣粉;石子:厦门隆锦旺建材经营部生产的5mm～31.5mm连续级配碎石;砂:厦门海城商贸有限公司生产的天然中砂，细度模数2.8;水:自来水;外加剂:福建科之杰新材料有限公司Point－400聚羧酸混凝土减水剂。

表1 石粉性能指标

1.2 试验

将低活性石粉(大理石粉、花岗岩粉)以0% ～15%与粉煤灰、矿粉复掺，研究石粉对C25、C20混凝土工作性、强度以及收缩性的影响规律，试验用配比见(表2，表3，表4)。工程应用试验所用混凝土配合比(表9)。

表2 石粉与粉煤灰复掺对C25混凝土影响试验

表3 石粉与矿粉复掺试验对C25混凝土影响试验

表4 石粉与矿粉复掺对C20混凝土影响试验

2 分析与讨论

2.1 惰性石粉对混凝土工作性能影响

表5 石粉与粉煤灰复掺对混凝土坍落度影响

表6 石粉与矿粉复掺对混凝土坍落度影响

从(表5)和(表6)可看出，随着惰性石粉掺量的逐渐增加，外加剂掺量减小，混凝土流动性变好。其原因在于惰性石粉颗粒的掺入改善了混凝土拌合物中水泥颗粒级配，减少颗粒间的孔隙，释放更多的自由水，起到一定的分散作用，从而降低混凝土拌合物需水量，改善了混凝土的工作性。

2.2 石粉对混凝土力学性能的影响

表7 石粉与粉煤灰复掺对混凝土抗压强度影响

掺量为10%时，混凝土J3－A的28天抗压强度31.7MPa与基准J1－0(粉煤灰掺量15%)相比降低了12.4%;当花岗岩粉完全取代粉煤灰掺量为15%时，混凝土J4－A的28天抗压强度与基准J1－0相比下降30.9%，混凝土强度为25.0 MPa。当大理石粉取代粉煤灰掺量为10%时，混凝土J6－B的28天抗压强度29.5MPa与基准J1－0下降18.5%;当大理石粉完全替代粉煤灰掺量15%时，混凝土J7－B的28天抗压强度25.7MPa与基准J1－0相比下降29.0%，远小于混凝土强度设计要求。从混凝土强度下降值可看出，惰性石粉与粉煤灰复掺取代水泥，对混凝土强度影响较大。

表8 石粉与矿粉复掺对混凝土抗压强度影响

由(表8)可知，对于C25混凝土，当花岗岩粉取代矿粉掺量为10%时，混凝土L3－A的28天抗压强度33.2MPa与基准L1－0相比降低了14.9%;花岗岩粉掺量增加至15%，混凝土L4－A的28天抗压强度30.6MPa与基准L1－0相比降低21.5%。当大理石粉取代矿粉掺量为10%时，混凝土L6－B的28天抗压强度35.9MPa与基准L1－0相比降低7.9%;大理石粉掺量增加至15%，混凝土L7－B的28天抗压强度33.2MPa与基准L1－0相比降低了14.9%，混凝土抗压强度为33.2MPa。

对于C20混凝土，当大理石粉取代矿粉掺量为15%时，混凝土H3－B的28天抗压强度27.9MPa与基准H1－0相比降低10.0%;大理石粉掺量增加至20%，混凝土H4－B的28天抗压强度25.9MPa与基准H1－0相比降低了16.5%。

因此，与粉煤灰复掺相比，石粉与矿粉复掺，对混凝土强度影响相对较少。其主要原因在于惰性石粉本身活性较低，而粉煤灰活性也较矿粉低，惰性石粉逐渐取代粉煤灰后，主要起到填充料作用，导致混凝土强度会下降较为明显。

2.3 惰性石粉对混凝土收缩性能影响

图1 惰性石粉与粉煤灰复掺对C25混凝土收缩影响

图2 惰性石粉与矿粉复掺对C25混凝土收缩影响

从(图1、图2)C25混凝土收缩率可看出，在前14天混凝土收缩增长速率较快，14天后，混凝土收缩率趋于平稳。其主要原因在于，一方面，水泥硬化后未水化水泥继续水化引起绝对体积的减缩，另一方面，C25混凝土密实性较差，内部孔隙较多，混凝土在不饱和的空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生减缩。

当石粉与粉煤灰复掺时，较单掺粉煤灰混凝土，混凝土收缩率呈降低趋势;当粉煤灰掺10%、大理石粉掺5%时，混凝土收缩率降到最低，混凝土J6－B的60天收缩率324.48×10－6比基准J1－0下降23.9%。当石粉与矿粉复掺时，混凝土收缩率也比基准L1－0有所降低，同时，石粉与矿粉复掺混凝土收缩率整体比石粉与粉煤灰的混凝土小;当矿粉掺10%、大理石粉掺15%时，混凝土收缩率降到最低，混凝土L7－B的60天收缩率279.65×10－6比基准L1－0下降15.5%。由于低标号C25混凝土，水胶比相对大，混凝土内部孔隙较多，而矿粉二次水化可使混凝土孔径细化，连通孔减少，混凝土密实性提高，一定程度上缓解混凝土后期干燥收缩。

综上所述，适当石粉与粉煤灰或矿粉复掺有利于改善混凝土硬化后的收缩。

2.4 工程应用试验

为进一步验证石粉对混凝土性能影响，通过生产中试试验，模拟C20石粉混凝土在实际工程中的生产、运输、泵送、浇筑、养护过程，以及对后续的强度性能的研究，发现生产中可能出现的问题与应对方法，完善石粉混凝土生产技术，为生产提供依据。

表9 工程应用试验用C20混凝土配合比

从(图3，图4)制备的掺大理石粉混凝土和掺粉煤灰混凝土可看出，大理石粉取代粉煤灰，与矿粉复掺，制作的混凝土和易性变好，流动性增大，拌合物包裹性变好。而对掺粉煤灰混凝土拌合物的表面还冒黑，混凝土和易性较差。从工地现场坍落度结果来看，掺大理石石粉混凝土坍落度反而增大，流动性满足施工性能要求，而掺粉煤灰的坍落度不变，流动性小，不满足施工性能。从(表9)混凝土28d混凝土抗压强度可以看出，掺大理石粉混凝土强度较掺粉煤灰混凝土小，富余系数小，但基本满足能设计强度要求。

图4 粉煤灰混凝土

3 结论

通过以上试验研究，得出以下结论:

1)掺入低活性石粉有利于改善混凝土工作性能。

2)低活性石粉与矿粉复掺具有较好可行性，可兼顾经济性和混凝土工作性能、强度及耐久性。

3)采用低活性石粉与矿粉复掺配制中低标号混凝土，石粉掺量宜控制在10%～20%

4)采用低活性石粉与粉煤灰复掺，对混凝土强度能影响较大，石粉掺量不宜超过10%。

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