石粉作为掺合料对混凝土性能的影响研究

摘要：本文研究了用废石粉代替粉煤灰作为混凝土掺合料时，废石粉掺量对混凝土工作性能、抗压强度、抗碳化性能等的影响，并选取未经实验室处理过的大理石粉、花岗岩粉作为研究对象，并研究了其影响原因。

关键词：石粉；混凝土；性能

现今，世界建筑业关注的焦点在于能耗(降低能耗，减少二氧化碳的排放量，以降低温室效应)及环保(废弃物的二次利用，防治环境污染，保护绿色地球)。在这一方面，混凝土胜过大多数的其它建筑材料。首先，因为钢经高温冶炼而成，而混凝土则仅有部分组分，即只有水泥熟料需要锻烧，所以生产混凝土比炼钢需要的能耗要少得多。混凝土的主要能耗在于水泥和钢筋，但一个等效的钢结构构件的能耗要大得多。第二，通过掺入辅助胶凝材料，如粉煤灰、硅灰和高炉矿渣，混凝土的能耗可以减小。这些其它工业的副产品不仅可以减少达到给定强度所要求的水泥数量，而且可用来获得比单独用波特兰水泥更高的强度。

本文为了研究废石粉作掺合料对混凝土性能的影响及其影响机理，除了将相同含量的废石粉和粉煤灰掺合料作对比之外，还研究了废石粉在不同掺量时对混凝土性能影响，并同时与产生废石粉的两种主要原料大理石、花岗岩磨细粉做对比，测定了各混凝土的扩展度、塌落度、泌水率、抗压强度、抗氯离子渗透性及抗碳化性能。

1废石粉对混凝土工作性能的影响

混凝土工作性能是混凝土非常重要的性质，因为它影响拌合物的制备及捣实设备的选择，而且它还可能影响混凝土硬化后的性质，从而直接影响到其在工程中的应用。影响混凝土工作性能的因素较多，其中集料是影响混凝土工作性能的重要因素。集料对混凝土工作性能的影响必须考虑两个方面:集料的数量和粗细集料的比例。较粉煤灰而言，废石粉中细颗粒含量较多，所以对废石粉混凝土的工作性能进行评价，可对废石粉混凝土在工程中应用进行科学的指导。本文按C30强度等级设计混凝土配合比并测试其工作性能。

结果显示:比较不同掺合料在相同掺量条件下，对混凝土性能的影响结果可知，当废石粉掺量为20%时，混凝土的坍落度、扩展度以及泌水率均最优，其原因可能与废石粉比表面积较高，表面较为光滑以及颗粒内部孔隙率低有关。废石粉颗粒表面较为光滑，且形状较规则，颗粒圆形度较高，其粒形远比花岗岩粉好，这种颗粒不仅具有类似粉煤灰的“滚珠效应”，粉煤灰颗粒虽然圆形度好于废石粉，但因其颗粒内部具有比废石粉更高的内孔隙率，这种内孔隙容易吸水，从而导致拌合物需水量增大，进而导致在同样水胶比条件下，混凝土扩展度及塌落度降低。至于废石粉混凝土泌水率低、保水性好，主要是因为废石粉以细颗粒为主，在混凝土中可起到很好的细集料填充作用，对提高混凝土的保水性很有好处。另外，从其它几种天然石粉测试结果还可看出:废石粉中的大理石粉成分是促进混凝土工作性能提高的主要原因，而花岗岩粉成分则对混凝土工作性能产生较大的不利影响。

2废石粉对混凝土抗压强度的影响

本文设计混凝土强度为C30等级，控制坍落度为160±10mm，废石粉掺量以及掺合料种类变化对混凝土各龄期强度的影响如下图S-2 0

图1石粉对混凝土抗压强度的影响

由图1结果可见，不同掺合料混凝土的28天抗压强度均能达到C30强度等级的设计要求。

对比图中数据可知，就3天强度而言，当掺合料掺量均为20%时，掺有废石粉的混凝土的3天强度为28.8MPa，明显要高于掺有粉煤灰及花岗岩粉的混凝土的3天强度，但是要比掺有大理石粉的混凝土的3天强度值低1.7MPa;从分析图中数据还可知，随着废石粉掺量的增大，混凝土的3天强度值也逐渐升高，当废石粉掺量由10%增加至20%时，3d强度由23.7 MPa逐步提高到28.8MPa，可见随着废石粉掺量的增加，混凝土的早期强度明显提高。其原因是因为废石粉中的CaCO3类成分在水泥水化时可起到晶核作用，促进了水泥的早期水化，同时改善了水化产物与集料间的粘结，从而提高了混凝土的早期强度;同时CaCO3颗粒掺量的增加，早期水化速度加快。由于大理石中CaCO3含量高于废石粉，所以大理石粉混凝土的3天强度要高于废石粉，而且废石粉掺量增加时，混凝土的早期强度值也随之升高。

就28天强度而言，对比不同掺合料混凝土强度数据可知，在掺量均为20%条件下，粉煤灰混凝土的28天强度最高，为43.SMpa;其次是花岗岩粉混凝土，为42.7Mpa，而废石粉混凝土及大理石粉混凝土的28d抗压强度较粉煤灰混凝土则有明显的降低，其中大理石粉混凝土降幅最大，降低了8.6Mpa，废石粉混凝土也降低了近2Mpa。加入粉煤灰、花岗岩粉的混凝土后期强度之所以远比大理石粉混凝土高，主要原因是因为相对于大理石粉而言，粉煤灰、花岗岩粉中均含有一定量的活性SiO2, A12O3成分，并参与了水化，促进了混凝土中凝胶的含量，进而提高了混凝土的后期强度。

3废石粉对混凝土抗碳化性能的影响

混凝土抗碳化性能直接影响到混凝土的耐久性能。碳化是水泥水化物与co:反应，形成碳酸盐化合物与其它物质的现象，是水泥石中性化的重要影响因素。而混凝土与钢筋结构物的耐久性与混凝土的中性化有密切关系。混凝土pH值低于10时，钢筋要发生锈蚀，铁锈要比铁的体积膨胀2.5倍。因此，钢筋生锈的同时，筋粘结力降低，保护层混凝土剥落，钢筋的断面面积发生缺损。

实验结果显示，当掺合料不同而掺量相同时，在各个碳化龄期中，掺有20%粉煤灰的混凝土的碳化深度均要大于其它掺合料;其次是掺有花岗岩粉的混凝土，其28d碳化深度为1.81cm;掺废石粉的混凝土的28d碳化深度为1.67cm;而掺大理石粉的混凝土的碳化深度最小，其28d碳化深度仅为1.59cm。

4废石粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

用废石粉取代粉煤灰作为混凝土掺合料时，混凝土的抗氯离子渗透性能有所降低，但降低幅度不大。其原因主要是因为大理石粉中的CaCO3会与对氯离子有吸附作用的铝酸盐矿物反应，同时相对于粉煤灰而言，花岗岩粉中的活性SiO2和A12O3也较少，生成的水化铝酸盐相及其衍生物较少，所以废石粉代替粉煤灰作掺合料会使混凝土抗氯离子渗透性能降低。但相对于大理石而言，废石粉中花岗岩成分对恶化混凝土抗氯离子渗透性能的作用较小。

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