白云巖石粉在混凝土中的應(yīng)用研究

孫麗麗，戚勇軍，畢志剛

（1.唐山冀東混凝土有限公司，河北　唐山064099；2.丹陽市和達(dá)混凝土攪拌有限公司，江蘇　丹陽　212300；3.唐山冀東水泥股份有限公司，河北　唐山　063000）

白云巖石粉在混凝土中的應(yīng)用研究

孫麗麗1，戚勇軍2，畢志剛3

（1.唐山冀東混凝土有限公司，河北唐山064099；2.丹陽市和達(dá)混凝土攪拌有限公司，江蘇丹陽212300；3.唐山冀東水泥股份有限公司，河北唐山063000）

通過對白云巖石粉在混凝土的使用情況的來看，利用白云巖石粉替代摻合料的混凝土，完全滿足混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量需要，同時可以節(jié)約能耗，給企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。

石粉；摻合料；和易性

0　前言

混凝土中的摻合料通常有粉煤灰、粒化高爐礦渣微粉、硅粉、沸石粉等，最常用的就是粉煤灰和?；郀t礦渣微粉。隨著環(huán)境氣候的變化，現(xiàn)在很多火電都限產(chǎn)了，導(dǎo)致部分地方的粉煤灰的數(shù)量急劇減少，即使有，質(zhì)量也得不到保證。因此，需要尋找一種可以替代粉煤灰的產(chǎn)品就迫在眉睫了。

在國外，對石灰石粉在水泥混凝土中的研究、開發(fā)和利用比較早。1979年法國就制定了新的水泥標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了石灰石粉可以作為水泥混合材使用，已有品種標(biāo)準(zhǔn) CPJ45R和 CPJ55R，可單摻亦可復(fù)摻使用。美國 ACI212.1R-81《Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete》中指出，石灰石粉可以作為混凝土的礦物摻合料。從1996年4月到1998年3月，日本混凝土研究院（JCI）指定石灰石粉應(yīng)用技術(shù)委員會整理制定石灰石粉的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用于混凝土中的方法指南。現(xiàn)在日本石灰石粉已廣泛應(yīng)用于高流動性混凝土和高性能噴射混凝土領(lǐng)域。

近年來，我國也對使用白云巖石粉生產(chǎn)混凝土進(jìn)行了相關(guān)的研究，如南京水利科學(xué)研究院在“白云巖石粉在復(fù)合膠凝體系內(nèi)的水化特性研究”中重點研究了白云巖石粉存在下的硅酸鹽水泥水化行為及白云巖石粉對其強度的影響；“白云巖石粉—水泥膠凝體系水化特性研究（I）——水化產(chǎn)物的XRD 分析”中使用 XRD 重點分析了白云巖石粉存在下水泥水化產(chǎn)物的變化及其活性。但兩者均以大壩混凝土和水工混凝土為研究對象，對于白云巖石粉在普通泵送混凝土方面性能研究及應(yīng)用的指導(dǎo)作用不大。

筆者通過了解，由于本地眾多的采石場，在骨料制備過程中產(chǎn)生了大量的石粉，通過篩選可以將其中稍粗的作為機制砂使用，而收塵下來的石粉如果可以作為摻合料用來生產(chǎn)混凝土，不僅可以緩解本地粉煤灰供應(yīng)緊張的局面，而且還能降低混凝土生產(chǎn)成本。為此，筆者通過對混凝土的新拌合物的性能、力學(xué)性能以及耐久性能等一系列的研究分析，從而來驗證該項目的可行性。

1　原材料

石粉：采用淶水京淶建材有限責(zé)任公司生產(chǎn)的白云巖礦山，利用45μm 方孔篩進(jìn)行篩分，并按照比例配制成45μm 篩余分別為15%、25%、35%、45% 和55% 的石粉，其性能檢測結(jié)果如表1。

表1　京淶白云巖骨料收塵石粉化學(xué)組成及物理性能

從表1中可以看出：雖然石粉的細(xì)度不同，但是其 MB值均一致，即收塵石粉的質(zhì)地純凈均勻，不含粘土類礦物雜質(zhì)；活性指數(shù)整體來看較好，遠(yuǎn)大于石灰石粉標(biāo)準(zhǔn)要求的60%，縱向?qū)Ρ入S著細(xì)度的增大，活性有所降低；流動度比均大于100%，隨細(xì)度增大而增大。說明該白云巖收塵石粉均可作為混凝土的摻合料來使用。

水泥：采用冀東水泥豐潤公司生產(chǎn)的 P·O42.5R，其性能指標(biāo)如表2。

表2　水泥的物理性能

石：采用5～25mm 連續(xù)級配碎石；砂：細(xì)度模數(shù)為2.4的中砂。

礦粉：唐山唐龍產(chǎn)的 S95級?；郀t礦渣微粉，比表面積420m2/kg。

粉煤灰：Ⅱ級優(yōu)質(zhì)粉煤灰，細(xì)度45μm 篩余21%，需水量比103%，產(chǎn)地為陡河電廠。

外加劑：冀東水泥外加劑公司生產(chǎn)的聚羧酸系泵送劑，減水率25%。

2　同強度等級混凝土試配過程及結(jié)果

使用不同細(xì)度石粉，針對建筑工程上用量最大的 C30強度等級的混凝土試配，混凝土配合比見表3。

表3　試配混凝土的配合比　　　　　　　　　kg/m3

針對5種不同細(xì)度的石粉，分別摻入40公斤和80公斤，保證膠凝材料不變的情況下減少同質(zhì)量粉煤灰，加上空白對比樣共進(jìn)行11組混凝土試驗，結(jié)果如表4。

表4中，將不同細(xì)度收塵石粉配制的混凝土，從出機性能和強度兩方面比較發(fā)現(xiàn)，只有細(xì)度達(dá)到55% 時，性能有所下降，和易性上出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，混凝土強度也隨之有所降低，摻入量為40kg/m3時，28d 強度降低10%，摻入量為80kg/m3時，28d 強度降低16%。因此，可以暫定石粉的性能指標(biāo)為細(xì)度（45μm 篩余）≤45%，活性指標(biāo)：7d≥60%；28d≥60%，MB 值0.5%。

表4　混凝土的性能

3　不同強度等級混凝土試驗過程和結(jié)果

通過利用石粉的性能指標(biāo)來對建筑工程中常用的幾種混凝土強度等級分別進(jìn)行試驗，在保證混凝土配合比總膠凝材料、用水量、外加劑用量、砂率等不變的情況下，使用石粉來替代粉煤灰，檢驗石粉對混凝土的性能的影響。試驗所用其他材料同前面的檢驗結(jié)果，收塵石粉的質(zhì)量指標(biāo)如表5所示。

表5　京淶白云巖收塵石粉的質(zhì)量指標(biāo)

收塵石粉的80μm 篩下部分的粒度分布如圖1所示。

圖1　收塵粉粒度分布圖

試驗配合比如表6。

表6　混凝土試配配合比　　　　　　　　　　kg/m3

不同強度等級、收塵石粉摻量不同對混凝土工作性能的影響以及對力學(xué)性能的影響結(jié)果見表7以及圖2～6。

表7　收塵石粉對混凝土工作性、力學(xué)性能的影響

圖　2　C20強度分布圖

圖3　C30強度分布圖

圖4　C40強度分布圖

圖5　C50強度分布圖

圖6　C60強度分布圖

從以上圖表來看，在外加劑和用水量保持不變的情況下，不同石粉摻量時，混凝土的出機坍落度和擴展度以及1h經(jīng)時損失等與基準(zhǔn)樣對比，變化均很小。從強度增長來看，不管是何齡期的強度，在粉煤灰和石粉等量摻加時，強度發(fā)展與基準(zhǔn)基本一致，大于 C40強度時，強度發(fā)展還略高于基準(zhǔn)；同時各個摻量的混凝土也與基準(zhǔn)相差無幾，均能滿足設(shè)計要求。

4　收塵石粉對混凝土耐久性的影響

通過對 C30、C60兩種強度混凝土（配合比分別采用前面的基準(zhǔn)和第4組兩種）進(jìn)行了抗?jié)B性能、抗凍性能、碳化性能的試驗，結(jié)果如表8。

從表8試驗結(jié)果來看，在不添加任何膨脹劑和引氣劑的條件下，摻加了石粉的也能達(dá)到 P12的抗?jié)B等級；抗凍性能上，C30滿足200次凍融循環(huán)的要求；C60滿足250次凍融循環(huán)的要求，同時摻加了石粉的混凝土的相對彈性模量下降的較基準(zhǔn)的要小，說明抗凍性能要優(yōu)于基準(zhǔn)。

表8　混凝土耐久性能結(jié)果

5　結(jié)論

（1）白云巖收塵石粉可以作為混凝土礦物摻合料進(jìn)行使用。

（2）作為摻合料使用時不影響混凝土的出機和經(jīng)時損失，對混凝土強度沒有影響。

（3）摻加石粉后的混凝土，抗?jié)B性能能滿足工程使用要求，混凝土的干縮和抗碳化性能得以改善加強，提高混凝土的抗凍性能。

（4）收塵石粉的成本要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于粉煤灰的成本，不僅可以緩解部分地區(qū)粉煤灰供應(yīng)不足的情況，還能大大降低混凝土的材料成本，既提高了混凝土公司的利潤，也提高了骨料生產(chǎn)企業(yè)的利潤，同時還減少了廢料排放，達(dá)到了節(jié)能減排降耗的效果。

[1] GB/T30190－2013．石灰石分混凝土[S]．

[2] GB/T51003－2014．礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

[3] JGJ/T318－2014．石灰石粉在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S]．

[4] 白云巖骨料收塵石粉作為摻合料生產(chǎn)混凝土技術(shù)研究技術(shù)報告[Z]． 唐山冀東混凝土有限公司，2013,7．

［單位地址］河北省唐山市豐潤區(qū)林蔭路冀東水泥股份有限公司（064099）

孫麗麗，女，工程師，唐山冀東混凝土有限公司。