花岗岩石粉对新拌混凝土工作性能的影响研究_谢狄敏.pdf

江西建材试验与研究542023年1 月作者简介：谢狄敏（1970-），男，浙江绍兴人，硕士，高级工程师，主要研究方向为建筑工程管理、新型材料、结构抗震。花岗岩石粉对新拌混凝土工作性能的影响研究谢狄敏浙江建协工程咨询监理有限公司，浙江 杭州 310020摘 要：文中研究了花岗岩石粉的掺加比例对 C35、C40、C45 新拌混凝土坍落度的影响。试验结果表明：花岗岩石粉掺加比例不超过10%时，C35、C40、C45 新拌混凝土的坍落度及坍落度损失满足要求，流动性、粘聚性、保水性均有明显改善，经工程应用效果良好。关键词：花岗岩石粉；新拌混凝土；混凝土性能；坍落度中图分类号：TU528 文献标志码：A文章编号：1006-2890（2023）01-0054-03Influence of Granite Stone Powder on Performance of Newly Mixed Concrete and Engineering ApplicationXie DiminZhejiang Construction Association Engineering Consulting and Supervision Co.Ltd.,Hangzhou,Zhejiang 310020Abstract:This paper studies the effect of granite powder mixing ratio on slump of C35,C40 and C45 fresh concrete.The test results show that the slump and slump loss of C35,C40 and C45 fresh concrete meet the requirements when the granite powder is not more than 10%,and the fluidity,cohesiability and water retention are improved obviously.Combined with the engineering practice,the test conclusion is correct and the application effect is good.Key words:Granite powder;Newly mixed concrete;Concrete performance;Slump0 引言砂是混凝土的关键组分，生产机制砂时会产生一定数量粒径小于75m的石粉。与天然砂中的石粉不同，机制砂与石粉岩性一致。石粉颗粒分布明确不同于泥粉1。对于新拌混凝土，石粉对其工作性、和易性、耐久性有较大影响，花岗岩石粉是花岗岩石材加工过程中产生的废物2，但对新拌混凝土塌落度的影响有待进一步研究。1 试验方法坍落度是评价混凝土性能的关键指标之一。坍落度损失是指一定时间段内新拌混凝土坍落度变化，用于评价混凝土在施工间歇期间保持施工性能的能力3。由于现阶段商品混凝土供应时间通常为2h，故坍落度损失时间选定为2h。本次研究对新拌混凝土的坍落度及坍落度损失进行试验测定，判断混凝土塌落度是否满足初始坍落度（202）mm，2h后坍落度损失不超过30mm的施工要求4。本次试验用花岗岩石粉代替砂，水泥、粉煤灰等材料的用量不变，对 C35、C40、C45 新拌混凝土分别掺加5%、10%和15%的花岗岩石粉进行对比试验，测定混凝土的坍落度及坍落度损失，研究花岗岩石粉的掺加比例与混凝土坍落度及坍落度损失的关系，总结规律，最终得出试验结论。2 试验材料及配合比试验材料主要包括水泥、粉煤灰、石粉、砂、石子、外加剂、水。试验材料就地取材。试验前，测试每种材料的关键性能参数，了解所用材料的相关性能。（1）水泥。采用P O42.5R水泥，初凝时间155min，终凝时间220min，3d、28d抗折强度分别为5.7MPa、8.7MPa，3d、28d抗压强度分别为26.3MPa、46.3MPa5。（2）粉煤灰。采用级粉煤灰，细度45m，烧失量为5.8%，需水量比（96%）。（3）石粉。采用花岗岩石粉，其成分为 SiO2 69.4%、Al2O3 13.2%、Fe2O3 1.8%、CaO 0.59%、SO3 0.1%、MgO 0.63%，按粉煤灰的细度测定方法测定石粉细度，基本流程如下：将待测细度的石粉试样放入105110 的烘箱中烘干至恒重，然后取出放到干燥机中降至室温；将样品称重10g，精确到0.01g，然后倒入45m的方形筛网中，把筛板放在筛架上，用筛盖盖住；打开负压筛析设备，将计时开关调至3min，开始筛分；负压筛析设备运行过程中检查负压计，将负压控制在40006000 Pa，如负压低于4000Pa，停止设备工作，清除灰尘收集器器内的灰尘，然后继续筛分；筛分过程中应用木棍或橡胶棒轻轻敲击筛盖，防止石粉吸附于筛盖。设备运3min后自动停止运行，筛分结束后，观察筛中剩余杂质，如发现有球状颗粒、粘筛或有细小石粉颗粒沉淀于筛框边，可用刷子轻轻刷下细小石粉颗粒，手动设置筛分时间，继续筛分13min，直到筛分完全，称重筛网内剩余物质，精确至0.01g。（4）砂：采用区中砂，细度模数3.0，含泥量2.5，含水率5%。（5）石子：采用520mm连续级配碎石，堆积密度为1435kg/m3，含泥量 0.19%，针片状颗粒含量 4.9%。（6）外加剂：采用 WJ-H2 减水剂，减水率为20%；含固量为20.23%；pH值8.78。（7）水：采用当地自来水，pH值 7.8；不溶物含量 40mg/L；江西建材试验与研究552023年1 月可溶物含量514mg/L；氯化物含量160mg/L；硫酸盐含量70.2mg/L；碱含量 170mg/L。配合比基于 JGJ 55-2011普通混凝土配合比设计规程设计，试配时，考虑砂石含水率对粗细骨料的用量并进行适当调整。3 试验设备主要包括混凝土搅拌机、坍落度测量筒。搅拌机为采用单卧轴强制式搅拌机，搅拌时长控制在45s以内，坍落度测量筒高280mm，上开口直径为80mm，下开口直径为180 mm，适配拌制骨料粒径最大值为38mm，坍落度10mm或以上的混凝土。4 试验过程试验检测 C35、C40、C45 新拌混凝土坍落度及坍落度损失的步骤如下：（1）取样品分三层均匀倒入坍落度测量筒，振捣26遍，确保每层混凝土密实。（2）混凝土充分振捣后，抹平测量筒表面，匀速垂直提升测量筒，测量混凝土坍落度。（3）测量坍落度后，用振捣棒敲击混凝土，观察其粘聚性。对于粘聚性良好的混凝土，经敲击后缓慢下沉；粘聚性差的混凝土经敲击后会出现离析甚至崩坏6。测量坍落度时，还可通过观测混凝土沉积酱料析出来判断其保水性，保水性好的混凝土，测量筒提升时只会析出少量水分。5试验结果及分析5.1 试验结果每个标号的混凝土均有4 组试样，对应花岗岩石粉掺加比例为5%、10%、15%，分别对 C35、C40、C45 共12 组样品的坍落度及坍落度损失进行测定，其结果见表1。5.2 结果分析根据表1 可知，当花岗岩石粉掺量为0 时，C35 新拌混凝土的初始坍落度为211mm，2h坍落度大小为190mm；掺加比例为5%时，C35混凝土的初始坍落度为215mm，相比未掺入时小幅上升；而掺加比例为10%时，初始坍落度下降，掺加比例为15%时，初始坍落度达到最大218mm，而2h塌落度值呈现持续降低趋势。当花岗岩石粉掺加比例为5%15%时，C40新拌混凝土初始坍落度先升后降，但波动幅度不大，当掺加比例为10%时，初始坍落度达到最高228mm，而2h坍落度值在掺加比例为15%时大幅降低，为163mm。当花岗岩石粉掺加比例为5%15%时，C45 新拌混凝土初始坍落度从201mm 降至166mm，2h坍落度从172mm降至106mm。由此可见，花岗岩石粉掺加比例的增加对各标号新拌混凝土的初始坍落度影响不大，其中，C35、C40 混凝土的初始坍落度均有不同程度提升，C45 混凝土的初始坍落度则持续下降；随着石粉掺加比例的增加，C45 混凝土的2h坍落度出现持续下降且下降幅度大。C35、C40 混凝土在掺加15%花岗岩石粉时，其2h坍落度也出现下降趋势，但降低幅度不大；主要原因可能是花岗岩石粉是一种惰性材料，主要起到填充作用，C35、C40 混凝土中的胶材比例较小，掺加石粉后，其整体密实性显著改善，流动性大幅提升，若石粉掺加过多，由于石粉比表面积增大，大量吸附混凝土内部的水、外加剂，会导致混凝土初始坍落度下降，同时，2h坍落度大幅降低。石粉掺加比例在10%以下时，C35、C40 新拌混凝土的2h坍落度损失不明显，甚至略有提升，可满足施工要求，而C45新拌混凝土在掺加比例10%时，其坍落度明显损失，工作性大幅降低；掺加比例15%时，其2h坍落度损失大幅增加，无法满足施工要求。试验结果显示，各标号混凝土的初始坍落度与石粉掺加比例成正比，其粘聚性、保水性均有不同程度的改善。主要原因是花岗岩石粉可减少混凝土孔隙，逼出自由水，从而提高坍落度。且石粉细度接近水泥，石粉掺加比例增加意味着混凝土含浆量增加，因此，混凝土出机状态得到改善。当掺加比例超过10%时，混凝土坍落度降低，性能受到影响，原因是石粉有吸水性，会增加浆料黏稠度，使其黏聚性增加，坍落度降低，同时坍落度损失增大。综合分析可知，花岗岩石粉最佳掺量小于10%时，可满足混凝土坍落度及坍落度损失要求，又可提高混凝土的性能。随着掺加比例的提升，混凝土的坍落度及损失先升后降。6 结论（1）随着石粉掺加比例的提升，C35、C40 新拌混凝土初始坍落度先升后降，C45 混凝土初始坍落度整体呈降低趋势。（2）掺加比例不超过10%时，C35、C40混凝土2h坍落度损表1 坍落度及坍落度损失试验结果试样初始坍落度/mm泌水粘聚性保水性2h后坍落度/mm 2h坍落度损失/mmC35-1（0）211泌水较差较差19016C35-2（5%）215泌水较差较差19218C35-3（10%）205轻泌水一般一般18119C35-4（15%）218轻泌水一般一般17934C40-1（0）216轻泌水一般一般19219C40-2（5%）220轻泌水良好良好19520C40-3（10%）228无泌水良良好19627C40-4（15%）213无泌水一般一般16345C45-1（0）201无泌水良好良好17224C45-2（5%）197无泌水良好良好16725C45-3（10%）181无泌水良好良好14234C45-4（15%）166无泌水良好良好10655（下转第58 页）江西建材试验与研究582023年1 月度，试验结果见图2。图2 抗压强度试验结果由图2可知，当固定硫铝酸盐水泥熟料粉用量时（16.7%），膨胀剂的抗压强度随着1#锂渣用量的增加而降低，当1#锂渣的掺量由41.6%增至75.0%，锂渣膨胀剂的7d、28d抗压强度分别下降7.8%、11.1%，但其7d抗压强度和28d抗压强度均能达到，甚至远远超过国家标准（7d 22.5MPa；28d 42.5 MPa）。锂渣是由锂矿石经高温煅烧提锂后排出工业废弃物，许多研究表明其具有很好的火山灰效应，将其掺入水泥胶砂中后，锂渣中的活性氧化硅、活性氧化铝会与水泥水化产生的氢氧化钙发生水化反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙及水化硫铝酸钙，提高水泥胶砂的密实度，从而补偿水泥胶砂试件的抗压强度16。3 结论本研究利用江西某公司排出的1#、2#锂渣进行混凝土膨胀剂的制备，研究了膨胀剂的不同配比对限制膨胀率及抗压强度的影响规律。（1）当膨胀剂中1#锂渣的用量固定为33.3%时，调节硫铝酸盐水泥熟料粉和2#锂渣的用量，膨胀剂的限制膨胀率随着硫铝酸盐水泥熟料用量的降低而降低；当硫铝酸盐水泥熟料粉在膨胀剂中用量固定为16.7%时，膨胀剂的限制膨胀率随1#用量的增加呈先提高后降低的趋势，当1#锂渣掺量超过66.7%时，膨胀剂7d水中限制膨胀率和21d天空气中限制膨胀率不能达到国