石粉硅灰復(fù)摻對(duì)水泥膠砂流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響

連亞明，陳 超，龔明子，江達(dá)宣

（廈門(mén)天潤(rùn)錦龍建材有限公司；福建　廈門(mén)　361027）

石粉硅灰復(fù)摻對(duì)水泥膠砂流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響

連亞明，陳 超，龔明子，江達(dá)宣

（廈門(mén)天潤(rùn)錦龍建材有限公司；福建廈門(mén)361027）

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

石粉；硅灰；流動(dòng)度；膠砂強(qiáng)度

0　前言

隨著對(duì)混凝土性能研究的不斷深入，人們對(duì)礦物摻合料的認(rèn)識(shí)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(lái)，石粉也常被作為摻合料進(jìn)行研究[1-4]。

石粉是石材在開(kāi)采和加工過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，從環(huán)保和資源利用的角度出發(fā)，對(duì)石粉的研究與應(yīng)用在不斷地深入。相關(guān)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(yīng)、形態(tài)效應(yīng)和活性效應(yīng)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(huì)降低混凝土強(qiáng)度，對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較大。

硅灰是鐵合金在冶煉硅鐵或工業(yè)硅過(guò)程中產(chǎn)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(qiáng)度。硅灰細(xì)度大，比表面積高，導(dǎo)致需水量大，對(duì)混凝土的工作性能會(huì)產(chǎn)生負(fù)面影響[5-6]。

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

1　試驗(yàn)

1.1原材料

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

（2）石粉：產(chǎn)自福建安溪某石材加工廠，為各種石材加工拋光產(chǎn)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(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)砂。

（5）水：普通自來(lái)水。

1.2試驗(yàn)方法

砂漿流動(dòng)度按照 GB/T2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行；膠砂試件尺寸為 40mm×40mm×160mm，標(biāo)準(zhǔn)條件下成型后的試件于水泥混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24h 后拆模，拆模后置于恒溫水養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，按照GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》測(cè)定試件相應(yīng)齡期強(qiáng)度。

試驗(yàn)?zāi)z砂配合比見(jiàn)表 1。

表1　膠砂配合比　　　　　　　　　　g

2　分析與討論

試驗(yàn)結(jié)果如表2 所示。

表2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1石粉、硅灰對(duì)水泥膠砂流動(dòng)性的影響

圖1　粉料摻量對(duì)膠砂流動(dòng)度的影響

由圖 1 可知，單摻石粉時(shí)，隨著石粉摻量的逐漸增加，膠砂流動(dòng)度略微變小，說(shuō)明石粉對(duì)膠砂流動(dòng)性的影響較小。單摻硅灰時(shí)，膠砂流動(dòng)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(shí)，曲線“硅灰+15% 石粉”在曲線“硅灰”的上面，說(shuō)明摻入石粉能提高硅灰水泥膠砂流動(dòng)性；由曲線“石粉+8% 硅灰”可知，隨著石粉摻量的增加，流動(dòng)度先增加后減小，石粉摻量為15% 時(shí)，膠砂流動(dòng)性最佳。究其原因，石粉的細(xì)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(jí)配，使得顆粒間孔隙減少，從而改善了水泥膠砂的流動(dòng)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(dòng)性降低，說(shuō)明石粉摻量大對(duì)膠砂流動(dòng)性的改善作用逐漸減弱，因?yàn)槭鄣恼尘坌院捅Ｋ员人嗖?，由于石粉摻量大使得膠砂存在泌水現(xiàn)象，反而不利于流動(dòng)性的改善。

2.2石粉、硅灰對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

2.2.1石粉對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

圖2　石粉對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

圖2 為不同摻量石粉對(duì)水泥膠砂各齡期強(qiáng)度的影響結(jié)果。由圖可知，隨著石粉摻量的增加，膠砂各齡期強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。當(dāng)摻量小于 8.0% 時(shí)，滿足水泥28 天強(qiáng)度等級(jí)要求；石粉摻量小于 5% 時(shí)，對(duì)膠砂抗壓、抗折強(qiáng)度的影響不大。摻量為 5% 時(shí)膠砂 7d 抗壓強(qiáng)度比3d的增長(zhǎng)了26.7%，28d抗壓強(qiáng)度比 3d 的增長(zhǎng)了 58.1%（純水泥膠砂 7d 抗壓強(qiáng)度比3d 的增長(zhǎng)了 32.9%，28d 抗壓強(qiáng)度比 3d 的增長(zhǎng)了 58.6%），由此可見(jiàn)，摻入石粉對(duì)水泥膠砂早期強(qiáng)度影響較大，對(duì)后期強(qiáng)度影響較小。

其原因在于，石粉活性較低，在早期水化過(guò)程中形成的結(jié)晶 Ca(OH)2和 C-S-H 凝膠的數(shù)量較小，因此砂漿的早期強(qiáng)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(chǎn)物數(shù)量減少，使顆粒與漿體間缺乏有效的連接，導(dǎo)致砂漿強(qiáng)度降低。石粉摻量越大這種效應(yīng)越顯著，當(dāng)石粉摻量過(guò)高時(shí)，由于水泥摻量相對(duì)降低，漿體中膠結(jié)物質(zhì)進(jìn)一步減少，導(dǎo)致試件強(qiáng)度降低[7]。

2.2.2硅灰對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

圖3 硅灰對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

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

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

2.2.3石粉、硅灰復(fù)摻對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

圖 4 顯示了固定石粉摻量，硅灰對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響規(guī)律（石粉對(duì)膠砂流動(dòng)性改善效果最佳摻量為 15%）。由圖可見(jiàn)，隨硅灰摻量增加，膠砂28d 抗壓強(qiáng)度先增大后減小，且都大于石粉單摻 15% 時(shí)膠砂抗壓強(qiáng)度；摻量為 8% 時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值（53.7MPa）?？梢?jiàn)，硅灰能夠顯著提高石粉水泥膠砂后期強(qiáng)度，與石粉對(duì)膠砂性能的影響產(chǎn)生互補(bǔ)作用。

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

綜上所述，石粉硅灰復(fù)摻時(shí)，可以改善其單一作用，保證膠砂流動(dòng)性的同時(shí)又能達(dá)到強(qiáng)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(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

圖5　固定硅灰摻量石粉摻量對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

3　結(jié)論

（1）石粉活性較低，摻量在 5% 時(shí)，對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度、強(qiáng)度影響較小。

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

（3）石粉和硅灰對(duì)膠砂性能影響存在一定互補(bǔ)作用，兩者復(fù)摻，石粉能夠提高膠砂流動(dòng)性，硅灰能夠改善膠砂后期強(qiáng)度不足的問(wèn)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(duì)混凝土力學(xué)性能及耐久性的影響[J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2009，12(3)：266-271．

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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。