不同地区花岗岩石粉特性试验研究

林 弟，吴庆霞，赵奇才，刘 方

(1.保利长大工程有限公司，广州 510620；2.中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013)

随着国家基础设施投资和建设规模的激增，以及国家“一带一路”倡议的发展，作为最大宗建筑材料的混凝土用量在中国已经超过30亿立方。优质的混凝土原材料，如河砂、碎石以及矿物掺合料出现紧缺，在很多地区供不应求，尤其是传统的矿物掺合料，粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰等，很多地区都出现了掺假和造假现象，对于工程施工质量的负面影响极大。目前，国内外对于新型辅助胶凝材料的研究较多，如石灰石粉、沸石粉、玻璃粉、磨细火山渣等[1-8]，对于传统矿物掺合料的补充效果明显，取得了良好的工程应用效果。

为了落实国家“绿水青山就是金山银山”的政策，国家环境保护的要求逐年提高，河砂开采受到严格限制，为此，机制砂应用已经逐渐成为建设用砂的主流，然而在机制砂生产过程中产生了大量的石粉，如果这些石粉得不到较好的利用，一方面将造成环境污染，另一方面也是一种极大的资源浪费。在广东地区、四川地区和甘肃地区，花岗岩是生产机制砂的主要岩性，产生了大量的花岗岩石粉，目前对于花岗岩石粉在混凝土中应用研究报道尚较少[9-11]。该文采用广东、四川和甘肃三个地区取样的六种花岗岩石粉，研究花岗岩石粉MB值、流动度比和活性指数等基本技术指标情况，为其在混凝土中应用提供数据支撑。

1 试 验

1.1 原材料

试验收集了三个地区的花岗岩石粉，分别为广东、四川和甘肃，每个地区的石粉有两个细度。

广东地区花岗岩石粉：机制砂生产过程中收集的原状石粉，细度较大，初步预计45 μm筛余大于15%，编号为H-1；另外一种为加工后的石粉，细度较小，初步预计45 μm筛余小于15%，编号为H-2。

四川地区花岗岩石粉：同样为两种细度，一种45 μm筛余量大于15%，编号为H-3，另一种45 μm筛余量小于15%，编号为H-4。

甘肃地区花岗岩石粉：同样为两种细度，一种45 μm筛余量大于15%，编号为H-5，另一种45 μm筛余量小于15%，编号为H-6。

1.2 方法

细度：参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596，采用45 μm方孔筛筛余。

强度活性指数：采用《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596活性指数试验方法，花岗岩石粉与水泥比例为3∶7。

流动度比：参照《水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料》JG/T315—2011流动度比试验方法，花岗岩石粉与水泥比例为3∶7。

含水率：参照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596含水率试验方法，在胶砂成型当天测试石粉含水率。

MB值：参照《石灰石粉混凝土》GB/T 30190—2013进行测试，试验采用纯石粉测试MB值。

2 结果及分析

2.1 花岗岩石粉基本性能指标

表1为花岗岩石粉基本性指标情况，包括细度、MB值和含水量，可以看出，三种不同地区的石粉均为两种细度，较粗的石粉为机制砂生产过程中直接收集的石粉，细度均大于20%，最高为甘肃地区的石粉，细度为26.8%；而三个地区的加工石粉，细度均小于10%，最细的为四川石粉，细度为4.8%。通过石粉的细度数据可以看出，直接收集的石粉细度普遍较大，通过粉磨加工后，细度降低明显，在实际应用过程中，可以根据需求进行石粉的粉磨加工。

表1 花岗岩石粉基本性能测试结果

花岗岩石粉的亚甲蓝吸附值(MB值)是指采用石粉对于亚甲蓝溶液的吸附情况表征石粉干净程度的一个指标，MB值越小说明石粉越干净，作为矿物掺合料加入到混凝土中时其对于外加剂的吸附较少，能够不影响混凝土工作性能。在国家标准《石灰石粉混凝土》GB/T 30190中是采用50 g石粉加150 g标准砂混合测试亚甲蓝吸附值，用标准砂稀释石粉，使得得到的MB值可以与机制砂标准的规定对比；而目前标准倾向于采用纯石粉进行MB值试验。由表1的试验结果可知，四川地区的花岗岩石粉MB值较小，两种细度的石粉MB值均为0.25，而甘肃地区的花岗岩石粉MB值最大，细度为26.8%的粗石粉MB值为3.25，细度为7.6%的细石粉MB值为3.00，广东地区的花岗岩石粉MB值介于前两者之间。对比GB/T 30190试验方法和纯石粉试验方法的试验数值可以看出，MB值的对应关系基本在4倍左右。

表1中同时给出了花岗岩石粉的含水量情况，可以看出，6种石粉的含水量均小于0.5%，含水量最大的为广东地区的粗石粉，含水量为0.48%，含水量最小的为四川地区的粗石粉，含水量为0.04%。

2.2 花岗岩石粉流动度比

矿物掺合料的流动度比是指在水泥中掺加一定量的掺合料测量砂浆流动度与纯水泥砂浆流动度进行对比，表征矿物掺合料对浆体流动性的影响。流动度比越大说明掺合料可以改善浆体流动性，反之流动度比越小说明掺合料削弱了浆体流动性。

图1为不同花岗岩石粉流动度比情况，可以看出，6组花岗岩石粉的流动度比均小于100%，说明花岗岩石粉的掺入对于浆体流动性具有一定的负面影响。当花岗岩石粉作为掺合料掺入到混凝土中时会降低混凝土工作性能，因此在配制花岗岩石粉混凝土时需要特别注意混凝土工作性能，可采用调整配合比参数、优选减水剂和优化减水剂掺量等技术手段改进混凝土工作性能。

流动度比最小的花岗岩石粉为H-3和H-5组，即为四川地区的粗石粉和甘肃地区的粗石粉，流动度比为85%，流动度比最大的花岗岩石粉为H-2，即为广东地区的细石粉，流动度比为93%。对比同一地区不同细度的花岗岩石粉流动度比可以看出，细度较细的花岗岩石粉流动度比均较大，说明磨细石粉可以提升其流动度比，进而有利于花岗岩石粉在混凝土中应用，主要原因可能是，细度较细的石粉具有更小的颗粒粒径，有利于其填充于大颗粒的水泥之间，释放了水泥颗粒孔隙之间的水，提升了浆体的流动性。

对比不同地区的花岗岩石粉可以看出，广东地区的石粉流动度比最大，四川地区和甘肃地区的花岗岩石粉流动度比相近，说明不同地区的花岗岩石粉在技术指标上具有一定差异，在工程应用过程中应加以区别，通过试验确定相关技术指标，不能盲目使用。

2.3 花岗岩石粉活性指数

矿物掺合料活性指数与流动度比相似，是指水泥中掺加一定量的掺合料后测量砂浆抗压强度与纯水泥砂浆抗压强度并进行对比，表征掺合料对砂浆强度的影响。活性指数越大，说明矿物掺合料活性越大，对于砂浆强度具有正面影响。

图2为不同花岗岩石粉在不同试验龄期的活性指数试验结果，可以看出，6组花岗岩石粉在7 d、28 d和56 d三个试验龄期，活性指数大体在60%上下，说明花岗岩石粉活性较低，基本上属于惰性的辅助胶凝材料，在其作为矿物掺合料掺入混凝土时应特别注意对混凝土力学性能的影响，应通过调整水胶比、控制掺量等技术措施使花岗岩石粉掺入混凝土中力学性能满足要求。

对比花岗岩石粉细度对活性指数的影响可以看出，在7 d龄期时广东地区的石粉活性指数与四川地区石粉相当，并且细度较粗的石粉活性指数反而比细的石粉高，广东地区石粉的高19%、四川地区石粉高6.6%。等到了56 d试验龄期时，细度较细的石粉均比较粗的石粉活性指数高，其中广州地区石粉低7.1%、四川地区石粉低3.7%、甘肃地区石粉低3.3%，对比不同地区花岗岩石粉活性指数可以看出广东地区石粉略低于其他两地的石粉，相近细度的花岗岩石粉，以粗石粉为例，广东地区相比四川地区和甘肃地区分别低6.4%和9.6%。另外对比不同花岗岩石粉在不同龄期的活性指数可以看出，试验龄期7 d时，石粉活性指数略高，等到了28 d龄期和56 d龄期，同一组石粉的活性指数相近，说明随着龄期的延长，花岗岩石粉的活性变化很小，也进一步证实了花岗岩石粉属于惰性石粉，在混凝土中主要为惰性填充作用。

3 结 论

目前机制砂已经占到了建设用砂的70%以上，在机制砂生产过程中产生大量的石粉，为推进石粉应用，研究了花岗岩石粉的技术指标情况，得到如下结论：

a.试验采用的花岗岩石粉中四川地区的花岗岩石粉MB值较小，两种细度的石粉MB值均为0.25，而甘肃地区的花岗岩石粉MB值最大，细度为26.8%的粗石粉MB值为3.25，细度为7.6%的细石粉MB值为3.00。

b.不同地区的花岗岩石粉的流动度比均小于100%，说明花岗岩石粉的掺入对于浆体流动性具有一定的负面影响，当花岗岩石粉作为掺合料掺入到混凝土中时会降低混凝土工作性能。

c.不同地区的花岗岩石粉在7d、28d和56d三个试验龄期，活性指数大体在60%上下，说明花岗岩石粉活性较低，基本上属于惰性的辅助胶凝材料，在其作为矿物掺合料掺入混凝土时应特别注意对混凝土力学性能的影响。