收尘石粉作为掺合料对混凝土的影响

张思雨，陈向哲，乔梓滕

（河北建设集团股份有限公司，河北 保定 071000）

0 前言

目前全球消耗数量大、使用频率最大的建筑材料是混凝土，因而混凝土的各种原材料日益紧张，价格上涨，给混凝土行业带来了巨大的压力，因此亟需寻找新的原材料。

最常见的混凝土掺合料为矿粉与粉煤灰，石灰石粉也可作为矿物掺合料掺入到混凝土中。磨细石灰石粉在混凝土中的应用已经成熟，但是石灰石粉需要用优质的石灰石进行加工，且对 CaCO3的含量要求大于 75%，需要增加投资并严格生产，成本较高。相对而言，对收尘石粉的应用研究较少，而且收尘石粉作为一种废料，其成本较低。

收尘石粉作为一种废料只是堆存，将其应用于混凝土中，不仅可以改善混凝土孔结构，而且变废为宝，保护环境，具有经济和环境双丰收的显著意义。

1 试验原材料

（1）水泥：P·O42.5 水泥，3d 抗折强度 6.4MPa，28d 抗折强度 7.6MPa，3d 抗压强度 37.2MPa，28d 抗压强度 50.0MPa。

（2）砂：河砂，细度模数 2.6，级配良好，含泥量为2.3%。

（3）水：饮用水。

（4）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，细度为 17.6%，需水量为 103%。

（5）石粉：收尘石粉。

（6）外加剂：聚羧酸外加剂。

（7）矿渣粉：选用 S95 级矿渣粉，流动度比为101%。

（8）石子：5～25mm 连续级配碎石。

2 试验方法

将收尘石粉以 5%、10%、15%、20%、25%、30%的掺量分别等质量取代水泥掺入到水泥胶砂或混凝土中，制成胶砂试块或混凝土试块。同时制作石粉掺量为0 的基准试块与掺 30% 的粉煤灰替代水泥的胶砂试块或混凝土试块，作为对比样本，编号 F。

胶砂试块的强度依照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》。混凝土的强度依照GB/T 50081—2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》。

混凝土配合比见表 1。

表1 试验配比

3 试验结果

3.1 收尘石粉胶砂试验

3.1.1 流动度试验

收尘石粉对胶砂流动度的影响见表 2 和图 1、2。

表2 石粉掺量与流动度的关系

由表 2 和图 1 可知：随着石粉掺量的增加，胶砂流动度总体呈下降趋势；石粉掺量为 5% 和 10% 时，胶砂流动度相同；在石粉掺量为 15%～20% 时，随着石粉掺量的增加，胶砂流动度反而上升；同掺量时，石粉胶砂的流动度远远大于粉煤灰。

图1 石粉掺量对混凝土坍落度的影响

分析其原因：首先，石粉本身具有一定的吸水性，随着石粉掺量的增加，其所需要的水分就越多，导致流动度下降；其次，石粉活性比水泥熟料弱得多，石粉部分取代水泥后，初期参与水化的水泥熟料会减小，水胶比增大，导致流动度增大，当石粉掺量过高时，其吸水性的影响将超过活性的影响导致流动度下降。

3.1.2 胶砂强度试验

将胶砂试块分别养护 7d 和 28d 后，用压力机测定其抗压强度和抗折强度，并对石粉的活性进行测定。试验结果见表 3 和 图 2、3。

表3 收尘石粉掺量与胶砂强度的关系

由图 2 可知：随着石粉掺量的增加，水泥胶砂的抗压强度总体呈下降趋势；胶砂试件的 7d 和 28d 抗压强度在石粉掺量为 15%～25% 时下降缓慢；28d 抗压强度在掺量 20%～25% 之间略有上升。

图2 收尘石粉掺量与抗压强度的关系

通过图 3 可以得出：随着石粉掺量的增加，胶砂试件的 7d 抗折强度随着石粉的掺入先上升后下降，直到掺量为 15% 时，才与基准持平；胶砂试件 28d 抗折强度总体呈下降趋势，在掺量为 5%～10% 时，强度基本不变，在掺量为 25% 时，胶砂抗折强度会突然上升。

图3 收尘石粉掺量与抗折强度的关系

由图 4 可知，随着石粉掺量的增加，其活性在不断降低，在掺量为 25% 时，28d 活性略有上升；随着石粉掺量的增加，7d 活性的下降速度远超过 28d 活性。石粉在水泥水化过程中会生成一种晶核物质，可加速水化，提高其早期强度；石粉的活性远小于水泥，胶砂强度主要来源于水泥，随着石粉掺量的增加，水泥数量不断减小，导致其强度不断降低。

图4 石粉掺量与胶砂活性的关系

由表 3 可以看出，粉煤灰掺量为 30% 时，胶砂的28d 强度均高于掺入收尘石粉的强度。

3.2 与矿粉双掺替代水泥试验

3.2.1 拌合物性能

在保证拌合物粘聚性良好的情况下，测定拌合物的用水量、坍落度和扩展度，结果见表 4 和图 5、6。

表4 石粉掺量与拌合物性能的关系

图5 石粉掺量与拌合物坍落度的关系

图6 石粉掺量与扩展度的关系

由图 5 和 6 可知：随着石粉掺量的增加，拌合物的坍落度和扩展度都在不断减小；出机 60min 后的拌合物的坍落度和扩展度出现一定损失，且损失越来越高。石粉本身具有一定的吸水性，随着石粉掺量的增加，其吸水量增加，使混凝土粘聚性增加，坍落度和扩展度减小；随着时间的增长，拌合物中的石粉会逐渐吸收水分，导致坍落度损失和扩展度损失增大。

3.2.2 力学性能

将不同掺量的石粉与矿粉混合掺入到混凝土中，对其抗压强度进行测定。试验结果见表 5 和图 7。

表5 石粉掺量与抗压强度的关系

图7 石粉掺量与抗压强度的关系

由图 7 看出：随着石粉掺量的增加，混凝土抗压强度呈下降趋势；混凝土的 3d 和 7d 抗压强度的下降速率基本不变，28d 抗压强度在掺量为 15%～20%、25%～30% 时变化不大。

石粉活性较低，是惰性掺合料，随着石粉掺量的增加，减少了胶凝材料的活性，导致强度逐渐减小；石粉颗粒较小，虽然不会参与水化反应，但是会提高混凝土的密实性，可以提高混凝土的后期强度。

4 结论

（1）虽然石粉不会参与水化反应，但由于其具有一定的吸水性，因而使用时需要控制其掺量，以免影响到水泥工作性；石粉活性较小，少量的掺加可改善颗粒级配，使混凝土内部结构更加致密，但掺量过高反而会降低强度；30% 掺量时石粉的流动度大于粉煤灰，但强度均小于粉煤灰。

（2）石粉的吸水性会增加混凝土的粘聚性，减小坍落度和扩展度，同时降低其强度，但由于石粉的填充作用，会抑制其强度的下降，且根据试验得出，在掺量超过 20% 后，混凝土强度迅速下降，因而将其应用于混凝土中时，其掺量不宜超过 20%。

将石粉应用于混凝土中，不仅改善了混凝土的孔结构，提高了其密实率，同时解决了石粉堆积造成的土地占用与环境污染等问题，具有经济与社会双重效益。