不同巖性巖石粉對(duì)外加劑的吸附性能研究

陳 平，王曉偉，夏京亮，周永祥，任愛兵

(1.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2. 中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013；3.中國京冶工程技術(shù)有限公司，北京 100088)

當(dāng)前，我國正在積極推進(jìn)“一帶一路”發(fā)展戰(zhàn)略，肯尼亞是“一帶一路”戰(zhàn)略東非布局的首站，蒙內(nèi)鐵路已建成通車，作為延長線的內(nèi)馬鐵路正在建設(shè)。內(nèi)馬鐵路是繼蒙內(nèi)鐵路之后繼續(xù)完全采用中國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)施工、中國技術(shù)集成、中國管理經(jīng)驗(yàn)、中國機(jī)電設(shè)備建造的又一條國際干線鐵路，項(xiàng)目建設(shè)將進(jìn)一步夯實(shí)中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)在東非乃至整個(gè)非洲推廣應(yīng)用的基礎(chǔ)。

肯尼亞大部分地區(qū)常年干旱，河流較少且水流量不大，河砂匱乏，且存在含泥量和泥塊含量過大、輕物質(zhì)含量和有機(jī)物含量過多等質(zhì)量問題，同時(shí)肯尼亞非常注重環(huán)境保護(hù)，其多個(gè)郡都有限制或禁止開采河砂的法律，而且內(nèi)馬鐵路工程沿線缺少可以開采利用的河砂，采用機(jī)制砂是必然的選擇。在機(jī)制砂應(yīng)用過程中石粉是其關(guān)鍵問題，機(jī)制砂中通常含有石粉，其性質(zhì)和在混凝土中的作用，不能等同于天然砂中的泥含量[1,2]，目前已經(jīng)有關(guān)于石粉不同含量對(duì)于混凝土性能影響的研究[3-5]，但是石粉本身，尤其是不同巖性石粉對(duì)于外加劑的吸附性能方面的研究成果還較少，該文采用不同巖性的石粉，研究了石粉對(duì)于外加劑的吸附性能，以期推動(dòng)機(jī)制砂在內(nèi)馬鐵路中的應(yīng)用。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)混凝土主要使用如下原材料進(jìn)行配制：

1)水泥：采用肯尼亞拉法基集團(tuán)控股Bamburi水泥廠生產(chǎn)的CEM Ι 52.5水泥，生產(chǎn)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)為EN 197-1，初凝155 min，終凝255 min，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別為27.2 MPa、58.6 MPa，比表面積320 m2/kg。

2)外加劑：聚羧酸減水劑(含固量為20%)、萘系減水劑和脂肪族減水劑。

3)巖石粉，包括片麻巖石粉(PMY)、花崗巖石粉(HGY)、玄武巖石粉(XWY)和石灰石粉(SHS)，基本技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 不同巖石粉的基本技術(shù)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

采用不同巖石粉在低水膠比、摻減水劑下的流動(dòng)度比，評(píng)價(jià)不同巖石粉的吸附性能，選取3種具有代表性的粉劑減水劑(聚羧酸減水劑、萘系減水劑和脂肪族減水劑)，采用表2的試驗(yàn)配比和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)(聚羧酸減水劑組的加水量為157.5 mL)，試驗(yàn)最初將水膠比定為0.35，除聚羧酸減水劑能達(dá)到規(guī)定的要求外，萘系減水劑和脂肪族減水劑作用在水泥膠砂中，減水劑摻量從0.5%增加到4%，水泥膠砂都處于干燥狀態(tài)，達(dá)不到我們要求的流動(dòng)性能，故將后兩種減水劑作用膠砂的水膠比增加至0.4。

表2 試驗(yàn)配比和方法

注：(1)減水劑采用3種不同類型的減水劑。(2)通過減水劑調(diào)整基準(zhǔn)膠砂的流動(dòng)度為(180±5)mm，確定基準(zhǔn)膠砂的減水劑用量。(3)受檢膠砂的減水劑用量同基準(zhǔn)膠砂。(4)如果減水劑為水劑，則加水量應(yīng)扣除外加劑中的該部分水。

2 結(jié)果與分析

2.1 水泥膠砂流動(dòng)度比情況

不同天然巖石粉在低水膠比下對(duì)不同外加劑的吸附性能可以用流動(dòng)度比來表示，其結(jié)果見表3。從表3可以看出：同一種巖石粉在不同減水劑的作用下，其水泥膠砂流動(dòng)度比不同，外加劑為聚羧酸減水劑時(shí)，花崗巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度很低，為79%，片麻巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比為87%，基本接近90%，玄武巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比最好，為110%；在相同水膠比、不同減水劑(萘系減水劑和脂肪族減水劑)作用下四種巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比規(guī)律一致：片麻巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比最差，花崗巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比次之，玄武巖石粉-水凝膠砂的流動(dòng)度比最好。但是對(duì)比萘系減水劑組和脂肪族減水劑組，可發(fā)現(xiàn)片麻巖石粉-水泥膠砂組的流動(dòng)度比為萘系減水劑組比脂肪族減水劑組高，而玄武巖石粉-水泥膠砂組和花崗巖石粉-水泥膠砂組則剛好相反，為脂肪族減水劑組高于萘系減水劑組?？梢姴煌瑤r石粉對(duì)不同減水劑的適應(yīng)性不同。

表3 天然巖石粉的流動(dòng)度比

2.2 水泥膠砂強(qiáng)度情況

聚羧酸減水劑對(duì)巖石粉-水泥膠砂抗壓、抗折強(qiáng)度的影響見圖1、圖2。由圖1可知，各巖石粉-水泥膠砂7 d和28 d抗壓強(qiáng)度變化一致，片麻巖石粉-水泥膠砂和花崗巖石粉-水泥膠砂的7 d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)組的抗壓強(qiáng)度高，片麻巖石粉-水泥膠砂的28 d抗壓強(qiáng)度和基準(zhǔn)組相當(dāng)，花崗巖石粉-水泥膠砂組比基準(zhǔn)組高，而玄武巖石粉-水泥膠砂組和石灰石粉-水泥膠砂組的抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)組低；由表3可以看出，玄武巖石粉-水泥膠砂組和石灰石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比比片麻巖石粉-水泥膠砂組和花崗巖石粉-水泥膠砂組高很多，相同用水量和相同外加劑摻量情況下，流動(dòng)度比越大，說明體系自由水含量越高，相當(dāng)于增加了實(shí)際用水量，所以抗壓強(qiáng)度降低。圖2為各巖石粉-水泥膠砂抗折強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，除了片麻巖石粉-水泥膠砂組外，其他巖石粉-水泥膠砂組擁有和抗壓強(qiáng)度相同的強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，片麻巖石粉-水泥膠砂組7 d的抗折強(qiáng)度比基準(zhǔn)組低近1 MPa。

不同巖石粉-水泥膠砂在萘系減水劑和脂肪族減水劑作用下28 d抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律見圖3、圖4。由圖3可知，萘系減水劑和脂肪族減水劑對(duì)不同巖石粉-水泥膠砂強(qiáng)度發(fā)展影響規(guī)律一致，28 d抗壓強(qiáng)度：玄武巖石粉-水泥膠砂組最大，片麻巖石粉-水泥膠砂組最??；相同條件下，片麻巖石粉-水泥膠砂和玄武巖石粉-水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度為脂肪族減水劑作用下比萘系減水劑作用下高，另外兩種巖石粉-水泥膠砂剛好相反。28 d抗折強(qiáng)度的規(guī)律為：花崗巖石粉-水泥膠砂組最小，石灰石石粉-水泥膠砂組最大；相同條件下，萘系減水劑作用下各組巖石粉水泥膠砂的抗折強(qiáng)度高于摻脂肪族減水劑的巖石粉-水泥膠砂。

3 結(jié) 論

a.采用聚羧酸減水劑，花崗巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比為79%，片麻巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比為87%，玄武巖石粉-水泥膠砂的流動(dòng)度比為110%；另外，不同巖石粉對(duì)不同減水劑的適應(yīng)性不同。

b.片麻巖石粉-水泥膠砂和花崗巖石粉-水泥膠砂的7 d抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)組的抗壓強(qiáng)度高，片麻巖石粉-水泥膠砂的28 d抗壓強(qiáng)度和基準(zhǔn)組相當(dāng)，花崗巖石粉-水泥膠砂組比基準(zhǔn)組高，而玄武巖石粉-水泥膠砂組和石灰石粉-水泥膠砂組的抗壓強(qiáng)度比基準(zhǔn)組低。

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