石粉硅灰復摻對水泥膠砂流動性及強度的影響

連亞明，陳 超，龔明子，江達宣

（廈門天潤錦龍建材有限公司；福建　廈門　361027）

石粉硅灰復摻對水泥膠砂流動性及強度的影響

連亞明，陳 超，龔明子，江達宣

（廈門天潤錦龍建材有限公司；福建廈門361027）

本文研究了石粉、硅灰、石粉硅灰復摻對水泥膠砂流動性及強度的影響。結果表明：石粉活性較低，摻量控制在 5%以下對膠砂強度影響不大；硅灰降低膠砂流動性，但能顯著提高其后期強度，硅灰的最佳摻量為 10%；石粉與硅灰復摻對膠砂流動性與強度存在互補作用，石粉能夠提高膠砂流動性，硅灰能改善膠砂后期強度不足的問題，石粉最佳摻量為 15%，硅灰最佳摻量為 8%。

石粉；硅灰；流動度；膠砂強度

0　前言

隨著對混凝土性能研究的不斷深入，人們對礦物摻合料的認識不斷加深。在混凝土改性中，礦物摻合料具有舉足輕重的作用，近年來，石粉也常被作為摻合料進行研究[1-4]。

石粉是石材在開采和加工過程中產生的副產物，從環(huán)保和資源利用的角度出發(fā)，對石粉的研究與應用在不斷地深入。相關研究[1-4]表明：石粉不是一種純粹的惰性材料，具有一定的活性，石粉的微集料效應、形態(tài)效應和活性效應能夠改善新拌混凝土性能；但石粉活性較低，以摻合料摻加，會降低混凝土強度，對混凝土強度影響較大。

硅灰是鐵合金在冶煉硅鐵或工業(yè)硅過程中產生的煙塵，含有 90% 左右的不定型 SiO2，具有較高的火山灰活性，摻入適量的硅灰能提高混凝土的強度。硅灰細度大，比表面積高，導致需水量大，對混凝土的工作性能會產生負面影響[5-6]。

由此可見，石粉和硅灰對混凝土性能的影響存在著一定的互補作用，石粉改善混凝土流動性但影響其強度，硅灰降低混凝土流動性但提高強度。因此，本文擬從水泥膠砂角度探討細度、活性相差較大的石粉、硅灰對其流動性和強度的影響。

1　試驗

1.1原材料

（1）水泥：華潤水泥（龍巖）有限公司 42.5 級普通硅酸鹽水泥，比表面積 356m2/kg。

（2）石粉：產自福建安溪某石材加工廠，為各種石材加工拋光產生的混合廢石粉。密度2530kg/m3，比表面積436m2/kg，需水量比 95.2%，燒失量 42.6%。

（3）硅灰：笙夏實業(yè)有限公司生產的硅灰，SiO2含量95.98%，密度 332m2/kg，比表面積23600m2/kg，需水量比128.0%。

（4）砂：標準砂。

（5）水：普通自來水。

1.2試驗方法

砂漿流動度按照 GB/T2419-2005《水泥膠砂流動度測定方法》進行；膠砂試件尺寸為 40mm×40mm×160mm，標準條件下成型后的試件于水泥混凝土標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24h 后拆模，拆模后置于恒溫水養(yǎng)護箱中養(yǎng)護，按照GB/T 17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》測定試件相應齡期強度。

試驗膠砂配合比見表 1。

表1　膠砂配合比　　　　　　　　　　g

2　分析與討論

試驗結果如表2 所示。

表2　試驗結果

2.1石粉、硅灰對水泥膠砂流動性的影響

圖1　粉料摻量對膠砂流動度的影響

由圖 1 可知，單摻石粉時，隨著石粉摻量的逐漸增加，膠砂流動度略微變小，說明石粉對膠砂流動性的影響較小。單摻硅灰時，膠砂流動度隨摻量增加而減小，下降程度趨于平緩，主要是硅灰需水量大、活性大造成的。同時，曲線“硅灰+15% 石粉”在曲線“硅灰”的上面，說明摻入石粉能提高硅灰水泥膠砂流動性；由曲線“石粉+8% 硅灰”可知，隨著石粉摻量的增加，流動度先增加后減小，石粉摻量為15% 時，膠砂流動性最佳。究其原因，石粉的細度介于硅灰和水泥之間，石粉的摻入改善了硅灰水泥顆粒級配，使得顆粒間孔隙減少，從而改善了水泥膠砂的流動性；隨著石粉摻量的提高，水泥用量減少，（石粉需水量比＜100%）膠砂流動性降低，說明石粉摻量大對膠砂流動性的改善作用逐漸減弱，因為石粉的粘聚性和保水性比水泥差，由于石粉摻量大使得膠砂存在泌水現象，反而不利于流動性的改善。

2.2石粉、硅灰對水泥膠砂強度的影響

2.2.1石粉對水泥膠砂強度的影響

圖2　石粉對水泥膠砂強度的影響

圖2 為不同摻量石粉對水泥膠砂各齡期強度的影響結果。由圖可知，隨著石粉摻量的增加，膠砂各齡期強度呈下降趨勢。當摻量小于 8.0% 時，滿足水泥28 天強度等級要求；石粉摻量小于 5% 時，對膠砂抗壓、抗折強度的影響不大。摻量為 5% 時膠砂 7d 抗壓強度比3d的增長了26.7%，28d抗壓強度比 3d 的增長了 58.1%（純水泥膠砂 7d 抗壓強度比3d 的增長了 32.9%，28d 抗壓強度比 3d 的增長了 58.6%），由此可見，摻入石粉對水泥膠砂早期強度影響較大，對后期強度影響較小。

其原因在于，石粉活性較低，在早期水化過程中形成的結晶 Ca(OH)2和 C-S-H 凝膠的數量較小，因此砂漿的早期強度主要由水泥水化所決定。石粉取代水泥后，砂漿中水泥含量降低，水泥-石粉體系中總的水化速度減慢，生成的水化產物數量減少，使顆粒與漿體間缺乏有效的連接，導致砂漿強度降低。石粉摻量越大這種效應越顯著，當石粉摻量過高時，由于水泥摻量相對降低，漿體中膠結物質進一步減少，導致試件強度降低[7]。

2.2.2硅灰對水泥膠砂強度的影響

圖3 硅灰對水泥膠砂強度的影響

由圖 3 可知，對于早期強度，當硅灰逐漸取代水泥，其膠砂強度略低于純水泥膠砂，抗折強度存在相同的趨勢，可見摻入硅灰減緩了水泥早期水化反應速度，使膠砂早期強度略微下降；膠砂28d 強度隨硅灰摻量增加呈先增大后減小的趨勢，摻量為 10% 時，28d 抗壓強度最大（63.5MPa），比基準增長了 31.7%，因此，摻入硅灰能夠顯著提高水泥膠砂后期強度。

其原因在于，硅灰的顆粒極其微細，加入水泥中后表現出強烈的需水性，使得水泥水化的水量相對不足，不利于水泥的早期水化，故表現出試件早期強度相對較低[8]，同時硅灰極細微顆粒附著在水泥顆粒表面，阻止水泥與水接觸進一步降低了水化速率。隨著水泥水化齡期的增長，硅灰的火山灰效應逐漸開始起作用，使水泥砂漿強度得到提高；另一方面，由于硅灰顆粒極細，能填充到水泥砂漿中的空隙中，使砂漿的結構也更加密實均勻，有效地改善了水泥砂漿受力時的應力分布狀況，有利于強度的提高[9]。當硅灰摻量過高時，其流動性隨其摻量增加而大幅度降低，砂漿越來越難以振動密實，結構的缺陷就會越來越大，從而造成強度降低。

2.2.3石粉、硅灰復摻對水泥膠砂強度的影響

圖 4 顯示了固定石粉摻量，硅灰對膠砂強度的影響規(guī)律（石粉對膠砂流動性改善效果最佳摻量為 15%）。由圖可見，隨硅灰摻量增加，膠砂28d 抗壓強度先增大后減小，且都大于石粉單摻 15% 時膠砂抗壓強度；摻量為 8% 時，抗壓強度達到最大值（53.7MPa）?？梢姡杌夷軌蝻@著提高石粉水泥膠砂后期強度，與石粉對膠砂性能的影響產生互補作用。

圖 5 顯示了固定硅灰摻量，石粉對膠砂強度的影響規(guī)律（石粉硅灰復摻時，硅灰最佳摻量為 8%）。由圖 5 可見，隨石粉摻量增加，膠砂28d 強度逐漸減小，當摻量達到20%時，膠砂28d 抗壓強度（48.7MPa）仍大于水泥的28d 抗壓強度?？梢?，摻入適量硅灰能在保證膠砂強度要求的情況下，增大石粉的摻量。

綜上所述，石粉硅灰復摻時，可以改善其單一作用，保證膠砂流動性的同時又能達到強度要求，最大限度地提高石粉摻量和利用率。

圖4　固定石粉摻量硅灰摻量對膠砂強度的影響

圖5　固定硅灰摻量石粉摻量對膠砂強度的影響

3　結論

（1）石粉活性較低，摻量在 5% 時，對水泥膠砂流動度、強度影響較小。

（2）硅灰需水量大，降低膠砂流動性，但能顯著提高膠砂后期強度，單摻最佳摻量為 10%。

（3）石粉和硅灰對膠砂性能影響存在一定互補作用，兩者復摻，石粉能夠提高膠砂流動性，硅灰能夠改善膠砂后期強度不足的問題。石粉最佳摻量為 15%，硅灰最佳摻量為8%。

[1] 郭育霞，貢金鑫，李晶．石粉摻量對混凝土力學性能及耐久性的影響[J]．建筑材料學報，2009，12(3)：266-271．

[2] 胡曉曼，董獻國．石粉作混合材對水泥性能的影響[J]．江西建材，2014(5)：22-23.

[3] 劉巖．石粉用作混凝土摻合料的初探[J]．重慶建筑，2010，9(11)：22-25.

[4] 李保亮，柏立貴，徐洪偉，丁百湛．石粉對水泥及混凝土性能的影響[J]．商品混凝土，2013(2)：51-57．

[5] 楊玉喜，劉學全．硅灰在混凝土中的應用[J]．黑龍江交通科技，2007(6)：51.

[6] 肖琳．粉煤灰和硅灰的粒徑分布對水泥基材料性能的影響[J]．河南建材，2007(4)：18-20.

[7] 李相國，李孟蕾，馬保國．改性花崗巖石粉對水泥的性能影響[J]．混凝土，2013(8)：87-90.

[8] 吳建軍．礦物摻和料對水泥膠砂流動性和蒸壓強度影響[J].混凝土世界，2013(6)：80-84.

[9] 葉東忠．硅灰對水泥凈漿與砂漿性能及砂漿結構影響的研究[J]．北京工商大學學報，2007，25(6)：11-15．

［通訊地址］廈門市海滄區(qū)東孚鎮(zhèn)鳳美四路 39 號（361027）

Research on stone powder and silica fume on cement mortar fluidity and strength

Lian Yaming , Chen Chao, Gong Mingzi, Jiang Daxuan
(Xiamen Tianrunjinlong building materials Co., Ltd., Xiamen361027)

The replacement of stone powder and silica fume and double-mixture of stone powder and silica fume on the performance of cement mortar fluidity and strength was studied in this paper. The results show that stone powder has a lower activity which has a little effect on the strength of mortar when the dosage of stone powder is less than 5%; silica fume can reduces mortar fluidity, but it can dramatically improve the strength of the cement mortar, the optimal content is 10%.The stone powder mixed with silica fume will exist a complementary effect on mortar fluidity and strength that stone powder can improve fluidity and silica fume can improve the problem of insufficient of later strength. The optimal content of stone power is 15%, the silica fume is 8%.

stone power; silica fume; fluidity; mortar strength

連亞明（1990-），男，助理工程師。