不同地區(qū)花崗巖石粉特性試驗(yàn)研究

林 弟，吳慶霞，趙奇才，劉 方

(1.保利長(zhǎng)大工程有限公司，廣州 510620；2.中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013)

隨著國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施投資和建設(shè)規(guī)模的激增，以及國(guó)家“一帶一路”倡議的發(fā)展，作為最大宗建筑材料的混凝土用量在中國(guó)已經(jīng)超過(guò)30億立方。優(yōu)質(zhì)的混凝土原材料，如河砂、碎石以及礦物摻合料出現(xiàn)緊缺，在很多地區(qū)供不應(yīng)求，尤其是傳統(tǒng)的礦物摻合料，粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰等，很多地區(qū)都出現(xiàn)了摻假和造假現(xiàn)象，對(duì)于工程施工質(zhì)量的負(fù)面影響極大。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于新型輔助膠凝材料的研究較多，如石灰石粉、沸石粉、玻璃粉、磨細(xì)火山渣等[1-8]，對(duì)于傳統(tǒng)礦物摻合料的補(bǔ)充效果明顯，取得了良好的工程應(yīng)用效果。

為了落實(shí)國(guó)家“綠水青山就是金山銀山”的政策，國(guó)家環(huán)境保護(hù)的要求逐年提高，河砂開(kāi)采受到嚴(yán)格限制，為此，機(jī)制砂應(yīng)用已經(jīng)逐漸成為建設(shè)用砂的主流，然而在機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了大量的石粉，如果這些石粉得不到較好的利用，一方面將造成環(huán)境污染，另一方面也是一種極大的資源浪費(fèi)。在廣東地區(qū)、四川地區(qū)和甘肅地區(qū)，花崗巖是生產(chǎn)機(jī)制砂的主要巖性，產(chǎn)生了大量的花崗巖石粉，目前對(duì)于花崗巖石粉在混凝土中應(yīng)用研究報(bào)道尚較少[9-11]。該文采用廣東、四川和甘肅三個(gè)地區(qū)取樣的六種花崗巖石粉，研究花崗巖石粉MB值、流動(dòng)度比和活性指數(shù)等基本技術(shù)指標(biāo)情況，為其在混凝土中應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

試驗(yàn)收集了三個(gè)地區(qū)的花崗巖石粉，分別為廣東、四川和甘肅，每個(gè)地區(qū)的石粉有兩個(gè)細(xì)度。

廣東地區(qū)花崗巖石粉：機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中收集的原狀石粉，細(xì)度較大，初步預(yù)計(jì)45 μm篩余大于15%，編號(hào)為H-1；另外一種為加工后的石粉，細(xì)度較小，初步預(yù)計(jì)45 μm篩余小于15%，編號(hào)為H-2。

四川地區(qū)花崗巖石粉：同樣為兩種細(xì)度，一種45 μm篩余量大于15%，編號(hào)為H-3，另一種45 μm篩余量小于15%，編號(hào)為H-4。

甘肅地區(qū)花崗巖石粉：同樣為兩種細(xì)度，一種45 μm篩余量大于15%，編號(hào)為H-5，另一種45 μm篩余量小于15%，編號(hào)為H-6。

1.2 方法

細(xì)度：參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596，采用45 μm方孔篩篩余。

強(qiáng)度活性指數(shù)：采用《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596活性指數(shù)試驗(yàn)方法，花崗巖石粉與水泥比例為3∶7。

流動(dòng)度比：參照《水泥砂漿和混凝土用天然火山灰質(zhì)材料》JG/T315—2011流動(dòng)度比試驗(yàn)方法，花崗巖石粉與水泥比例為3∶7。

含水率：參照《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596含水率試驗(yàn)方法，在膠砂成型當(dāng)天測(cè)試石粉含水率。

MB值：參照《石灰石粉混凝土》GB/T 30190—2013進(jìn)行測(cè)試，試驗(yàn)采用純石粉測(cè)試MB值。

2 結(jié)果及分析

2.1 花崗巖石粉基本性能指標(biāo)

表1為花崗巖石粉基本性指標(biāo)情況，包括細(xì)度、MB值和含水量，可以看出，三種不同地區(qū)的石粉均為兩種細(xì)度，較粗的石粉為機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中直接收集的石粉，細(xì)度均大于20%，最高為甘肅地區(qū)的石粉，細(xì)度為26.8%；而三個(gè)地區(qū)的加工石粉，細(xì)度均小于10%，最細(xì)的為四川石粉，細(xì)度為4.8%。通過(guò)石粉的細(xì)度數(shù)據(jù)可以看出，直接收集的石粉細(xì)度普遍較大，通過(guò)粉磨加工后，細(xì)度降低明顯，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，可以根據(jù)需求進(jìn)行石粉的粉磨加工。

表1 花崗巖石粉基本性能測(cè)試結(jié)果

花崗巖石粉的亞甲藍(lán)吸附值(MB值)是指采用石粉對(duì)于亞甲藍(lán)溶液的吸附情況表征石粉干凈程度的一個(gè)指標(biāo)，MB值越小說(shuō)明石粉越干凈，作為礦物摻合料加入到混凝土中時(shí)其對(duì)于外加劑的吸附較少，能夠不影響混凝土工作性能。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《石灰石粉混凝土》GB/T 30190中是采用50 g石粉加150 g標(biāo)準(zhǔn)砂混合測(cè)試亞甲藍(lán)吸附值，用標(biāo)準(zhǔn)砂稀釋石粉，使得得到的MB值可以與機(jī)制砂標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定對(duì)比；而目前標(biāo)準(zhǔn)傾向于采用純石粉進(jìn)行MB值試驗(yàn)。由表1的試驗(yàn)結(jié)果可知，四川地區(qū)的花崗巖石粉MB值較小，兩種細(xì)度的石粉MB值均為0.25，而甘肅地區(qū)的花崗巖石粉MB值最大，細(xì)度為26.8%的粗石粉MB值為3.25，細(xì)度為7.6%的細(xì)石粉MB值為3.00，廣東地區(qū)的花崗巖石粉MB值介于前兩者之間。對(duì)比GB/T 30190試驗(yàn)方法和純石粉試驗(yàn)方法的試驗(yàn)數(shù)值可以看出，MB值的對(duì)應(yīng)關(guān)系基本在4倍左右。

表1中同時(shí)給出了花崗巖石粉的含水量情況，可以看出，6種石粉的含水量均小于0.5%，含水量最大的為廣東地區(qū)的粗石粉，含水量為0.48%，含水量最小的為四川地區(qū)的粗石粉，含水量為0.04%。

2.2 花崗巖石粉流動(dòng)度比

礦物摻合料的流動(dòng)度比是指在水泥中摻加一定量的摻合料測(cè)量砂漿流動(dòng)度與純水泥砂漿流動(dòng)度進(jìn)行對(duì)比，表征礦物摻合料對(duì)漿體流動(dòng)性的影響。流動(dòng)度比越大說(shuō)明摻合料可以改善漿體流動(dòng)性，反之流動(dòng)度比越小說(shuō)明摻合料削弱了漿體流動(dòng)性。

圖1為不同花崗巖石粉流動(dòng)度比情況，可以看出，6組花崗巖石粉的流動(dòng)度比均小于100%，說(shuō)明花崗巖石粉的摻入對(duì)于漿體流動(dòng)性具有一定的負(fù)面影響。當(dāng)花崗巖石粉作為摻合料摻入到混凝土中時(shí)會(huì)降低混凝土工作性能，因此在配制花崗巖石粉混凝土?xí)r需要特別注意混凝土工作性能，可采用調(diào)整配合比參數(shù)、優(yōu)選減水劑和優(yōu)化減水劑摻量等技術(shù)手段改進(jìn)混凝土工作性能。

流動(dòng)度比最小的花崗巖石粉為H-3和H-5組，即為四川地區(qū)的粗石粉和甘肅地區(qū)的粗石粉，流動(dòng)度比為85%，流動(dòng)度比最大的花崗巖石粉為H-2，即為廣東地區(qū)的細(xì)石粉，流動(dòng)度比為93%。對(duì)比同一地區(qū)不同細(xì)度的花崗巖石粉流動(dòng)度比可以看出，細(xì)度較細(xì)的花崗巖石粉流動(dòng)度比均較大，說(shuō)明磨細(xì)石粉可以提升其流動(dòng)度比，進(jìn)而有利于花崗巖石粉在混凝土中應(yīng)用，主要原因可能是，細(xì)度較細(xì)的石粉具有更小的顆粒粒徑，有利于其填充于大顆粒的水泥之間，釋放了水泥顆粒孔隙之間的水，提升了漿體的流動(dòng)性。

對(duì)比不同地區(qū)的花崗巖石粉可以看出，廣東地區(qū)的石粉流動(dòng)度比最大，四川地區(qū)和甘肅地區(qū)的花崗巖石粉流動(dòng)度比相近，說(shuō)明不同地區(qū)的花崗巖石粉在技術(shù)指標(biāo)上具有一定差異，在工程應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)加以區(qū)別，通過(guò)試驗(yàn)確定相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，不能盲目使用。

2.3 花崗巖石粉活性指數(shù)

礦物摻合料活性指數(shù)與流動(dòng)度比相似，是指水泥中摻加一定量的摻合料后測(cè)量砂漿抗壓強(qiáng)度與純水泥砂漿抗壓強(qiáng)度并進(jìn)行對(duì)比，表征摻合料對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響?；钚灾笖?shù)越大，說(shuō)明礦物摻合料活性越大，對(duì)于砂漿強(qiáng)度具有正面影響。

圖2為不同花崗巖石粉在不同試驗(yàn)齡期的活性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果，可以看出，6組花崗巖石粉在7 d、28 d和56 d三個(gè)試驗(yàn)齡期，活性指數(shù)大體在60%上下，說(shuō)明花崗巖石粉活性較低，基本上屬于惰性的輔助膠凝材料，在其作為礦物摻合料摻入混凝土?xí)r應(yīng)特別注意對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，應(yīng)通過(guò)調(diào)整水膠比、控制摻量等技術(shù)措施使花崗巖石粉摻入混凝土中力學(xué)性能滿(mǎn)足要求。

對(duì)比花崗巖石粉細(xì)度對(duì)活性指數(shù)的影響可以看出，在7 d齡期時(shí)廣東地區(qū)的石粉活性指數(shù)與四川地區(qū)石粉相當(dāng)，并且細(xì)度較粗的石粉活性指數(shù)反而比細(xì)的石粉高，廣東地區(qū)石粉的高19%、四川地區(qū)石粉高6.6%。等到了56 d試驗(yàn)齡期時(shí)，細(xì)度較細(xì)的石粉均比較粗的石粉活性指數(shù)高，其中廣州地區(qū)石粉低7.1%、四川地區(qū)石粉低3.7%、甘肅地區(qū)石粉低3.3%，對(duì)比不同地區(qū)花崗巖石粉活性指數(shù)可以看出廣東地區(qū)石粉略低于其他兩地的石粉，相近細(xì)度的花崗巖石粉，以粗石粉為例，廣東地區(qū)相比四川地區(qū)和甘肅地區(qū)分別低6.4%和9.6%。另外對(duì)比不同花崗巖石粉在不同齡期的活性指數(shù)可以看出，試驗(yàn)齡期7 d時(shí)，石粉活性指數(shù)略高，等到了28 d齡期和56 d齡期，同一組石粉的活性指數(shù)相近，說(shuō)明隨著齡期的延長(zhǎng)，花崗巖石粉的活性變化很小，也進(jìn)一步證實(shí)了花崗巖石粉屬于惰性石粉，在混凝土中主要為惰性填充作用。

3 結(jié) 論

目前機(jī)制砂已經(jīng)占到了建設(shè)用砂的70%以上，在機(jī)制砂生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的石粉，為推進(jìn)石粉應(yīng)用，研究了花崗巖石粉的技術(shù)指標(biāo)情況，得到如下結(jié)論：

a.試驗(yàn)采用的花崗巖石粉中四川地區(qū)的花崗巖石粉MB值較小，兩種細(xì)度的石粉MB值均為0.25，而甘肅地區(qū)的花崗巖石粉MB值最大，細(xì)度為26.8%的粗石粉MB值為3.25，細(xì)度為7.6%的細(xì)石粉MB值為3.00。

b.不同地區(qū)的花崗巖石粉的流動(dòng)度比均小于100%，說(shuō)明花崗巖石粉的摻入對(duì)于漿體流動(dòng)性具有一定的負(fù)面影響，當(dāng)花崗巖石粉作為摻合料摻入到混凝土中時(shí)會(huì)降低混凝土工作性能。

c.不同地區(qū)的花崗巖石粉在7d、28d和56d三個(gè)試驗(yàn)齡期，活性指數(shù)大體在60%上下，說(shuō)明花崗巖石粉活性較低，基本上屬于惰性的輔助膠凝材料，在其作為礦物摻合料摻入混凝土?xí)r應(yīng)特別注意對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響。