劉巖

(中鐵十二局集團第一工程有限公司山西臨汾041000)

石粉用作混凝土摻合料的初探

劉巖

(中鐵十二局集團第一工程有限公司山西臨汾041000)

本文采用比表面積、掃描電鏡、活性指數(shù)和減水劑吸附量等方法分析了石粉的基本性質，并試驗研究了石粉等量取代水泥和粉煤灰的混凝土性能。結果表明：石粉可以作為混凝土摻合料，但宜與粉煤灰復合使用，其取代粉煤灰的摻量不應超過25%。

石粉；摻合料；混凝土

1 引言

以粉煤灰和礦渣粉為代表的摻合料已成為混凝土不可或缺的組分，他們能顯著改善混凝土的工作性能，提高混凝土強度，增加混凝土耐久性[1]。但是，隨著我國城市建設的迅猛發(fā)展以及泵送混凝土的普及，粉煤灰和礦渣粉使用量明顯增大，出現(xiàn)了供不應求的局面，商品混凝土企業(yè)常因摻合料短缺而苦惱。與此同時，隨著機制砂應用的普及，產生了大量廢棄物——石粉，不僅要占用堆放場地，而且還會污染環(huán)境，砂石企業(yè)為石粉出路而煩惱。

如果能將廢棄的石粉作為混凝土摻合料使用，替代日益緊缺的粉煤灰和價格昂貴的礦渣粉，對于解決實際工程的原材料緊缺問題、降低工程造價以及對環(huán)保等將具有重大的現(xiàn)實意義。

因此，本文通過對石粉基本性質的分析以及石粉取代水泥、粉煤灰對混凝土性能影響的研究，來探討石粉用作混凝土摻合料的可行性。

2 試驗材料及方法

2．1 試驗材料

石粉：根據(jù)石粉的定義(粒徑小于0．075mm)，將重慶關興砂石廠所產機制砂通過0．075mm方孔篩，獲取試驗用石粉。

粉煤灰：粉煤灰采用重慶珞璜電廠的Ⅱ級粉煤灰，性能指標見表1。

表1 粉煤灰的基本性能

水泥：試驗采用華新P·O42．5水泥，基本性能見表2。

集料：采用重慶市混凝土普遍使用的復合砂作為細集料，其中天然砂為湖北枝江砂（細度模數(shù)1．0），機制砂為中梁山機制砂（細度模數(shù)3．5），特細砂和機制砂按照1:1的比例配成混合砂，細度模數(shù)2．6。

粗集料采用中梁山石灰石碎石，為5～10mm和10～20mm二級配粒級，兩種粒級按3:7的比例搭配。

2．2 試驗方法

比表面積測定：石粉、水泥和粉煤灰的比表面積按照GB/ T8074—2008《水泥比表面積測定方法勃氏法》測定。

SEM分析：石粉、水泥和粉煤灰的表面微觀形貌采用FEI Nova 400場發(fā)射掃描電子顯微鏡測定。

活性指數(shù)測定：石粉、水泥和粉煤灰參照《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736-2002）中的活性指數(shù)的方法測定。

外加劑吸附量測定：用北京普析通用公司TU-1901紫外-可見分光光度計對濃度為5g/L聚羧酸減水劑(TS-PC)母液進行全波長掃描以確定其最大吸收波長，在最大吸收波長下測定不同濃度的TS-PC溶液的吸光度繪制標準工作曲線。再配制一定濃度c0(g/L)的TS-PC溶液，準確稱取1g樣品（水泥、粉煤灰、礦渣粉和石粉），按質量比水∶樣品=100∶1與一定體積V (mL)TS-PC溶液混合均勻，靜置30min待達到吸附平衡后，用800型溶液沉淀器高速離心5min以去除懸浮顆粒，取清液稀釋使之符合朗伯—比爾定律的濃度要求，測定吸光度，通過標準工作曲線測出TS-PC吸附后濃度C1，根據(jù)吸附前后濃度按以下公式計算樣品對TS-PC的吸附量。

Γ∞=V×(c0-c1)/m

式中，?！逓門S-PC在水泥顆粒表面的單位吸附量，mg/g；V為TS-PC溶液體積，mL；c0為TS-PC初始濃度，g/L；c1為樣品吸附TS-PC后的濃度，g/L；m為樣品質量，g。

3 試驗結果討論

3．1 石粉的基本性質

3．1．1 石粉的比表面積

篩取了12個機制砂樣品中的石粉（0．075mm篩），測試了石粉的比表面積，結果顯示，篩后石粉比表面積基本上介于310～330m2/kg，略低于珞璜Ⅱ級粉煤灰（410m2/kg），與華新水泥的比表面積接近（330m2/kg）。此外，根據(jù)王稷良的研究結果[3]，石粉的粒度介于水泥和粉煤灰之間。因此，在混凝土中加入石粉可以增加膠凝材料漿體，填充砂石空隙，發(fā)揮礦物摻合料的“填充效應”。

3．1．2 石粉的形貌

粉煤灰顆粒以規(guī)則的球形顆粒為主，顆粒外表致密、圓滑（見圖1）；對于石粉而言，其形貌接近于水泥顆粒形貌，顆粒形狀不規(guī)則、多棱角，因此石粉顆粒需要更多的包裹水。這也是通常機制砂中含有大量石粉或摻加石粉時，混凝土的需水量大幅增加或混凝土的保水性明顯提高的重要原因。

3．1．3 石粉的活性

圖1 石粉、水泥和粉煤灰的顆粒形貌

試驗參照《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/ T18736-2002）中的活性指數(shù)的方法，測定石粉的活性指數(shù)，并與重慶珞璜電廠出品的Ⅱ級粉煤灰的活性指數(shù)以及惰性石英粉進行對比，試驗結果見表3。

表3 石粉的活性指數(shù)

從表2和圖2的結果可以看出，石粉的活性指數(shù)明顯低于粉煤灰，這是由于粉煤灰具有火山灰活性，能進行二次水化生成水化硅酸鈣從而形成強度，故有較高的活性。

但是，與惰性石英粉相比，石粉又具有一定的活性，只是活性較低。石粉具有活性的原因為：一方面，石粉中的CaCO3參與C3A的水化反應生成水化碳鋁酸鈣(C3A·CaCO3·11H2O)，阻止鈣磯石向單硫型轉化；另一方面，石粉還能起到晶核作用，誘導水化產物析晶，加速水泥水化晶核的均勻分布，勻化作用能夠提高有效結晶產物含量而提高強度，石粉作為晶核在水泥漿中的均勻分布，對混凝土強度有提高作用。

3．1．4 石粉對減水劑的吸附性

試驗比較了不同減水劑濃度條件下不同摻合料對減水劑的吸附量，結果見圖2?？梢钥闯?，隨著減水劑的濃度的增加，水泥和摻合料對減水劑的吸附量隨之增加。在減水劑濃度一定的情況下，減水劑吸附量大小順序為：水泥＞粉煤灰＞礦渣粉＞石粉。

對于石粉，其對減水劑的吸附量很小，遠遠小于水泥和其他摻合料，即使減水劑濃度成倍增加，石粉對減水劑的吸附量也增加不多，說明石粉對外加劑的吸附量很小。這是由于一方面重慶地區(qū)石粉的成分單一，主要為石灰石顆粒，沒有多孔雜質存在，不會對減水劑產生強烈吸附；另一方面，石粉為惰性礦物，不參與水泥水化，顆粒表面沒有特征電荷，減水劑分子雖然帶負電荷，卻以物理吸附為主，吸附量小。

因此，采用石粉作為摻合料替代水泥，能減少外加劑的吸附量，對改善混凝土外加劑與水泥的適應性是有利的。

圖2 水泥和摻合料對減水劑的吸附量

3.2 石粉取代膠凝材料對混凝土性能的影響

3.2.1 石粉取代水泥

試驗以不同石粉取代率等量取代水泥，然后測試了混凝土的坍落度和抗壓強度，試驗配合比見表4，結果見圖3。

表4 試驗配合比

圖3 石粉部分取代水泥對混凝土性能的影響

由于石粉的比表面積、顆粒形貌與水泥接近，并且石粉對減水劑的吸附量小，能改善外加劑與水泥的適應性，因此，隨著石粉等量取代水泥的比例提高，混凝土的坍落度呈明顯增加趨勢（見圖3）。但是，石粉的活性不如水泥，隨著石粉取代量的增加，混凝土抗壓強度則呈現(xiàn)出下降趨勢，只是當石粉取代量較小時（小于5%），混凝土強度變化不大。說明石粉可以作為混凝土摻合料使用，只是其摻量不宜過大。

3.2.2 石粉取代粉煤灰

當石粉取代粉煤灰后（見圖4），一方面，石粉表面粗糙、棱角多（見圖1），無法提供類似于粉煤灰的“滾珠效應”，導致混凝土的流動性變差，即隨著石粉取代粉煤灰量的增加，混凝土擴展度有明顯的降低，但是由于石粉對減水劑的吸附量小，又能一定程度改善混凝土的工作性，即混凝土的坍落度變化不大；另一方面，石粉的活性低于粉煤灰，石粉取代粉煤灰后混凝土強度有一定程度降低，只是當石粉取代量不超過25%時，降低的程度不太明顯。

由于石粉對混凝土工作性和強度的貢獻都不如粉煤灰，故石粉不具備完全替代粉煤灰作混凝土摻合料的能力，但當石粉少量取代粉煤灰后（小于25%），混凝土的工作性和強度變化不明顯。因此，石粉可以和粉煤灰配成復合摻合料使用，其取代粉煤灰不宜超過25%。

表5 試驗配合比

圖4 石粉部分取代粉煤灰對混凝土性能的影響

4 結論

石粉的顆粒形態(tài)、比表面積與水泥相當，替代水泥能豐富水泥漿體，填充砂石孔隙；石粉對外加劑的吸附量小，能改善水泥與外加劑的適應性，提高混凝土的工作性能。因此，石粉具備作混凝土摻合料的基本條件。

石粉的混凝土強度和工作性的貢獻都不如粉煤灰。因此，石粉宜與粉煤灰復合使用，其取代粉煤灰的摻量不宜超過25%。

[1]張雄.建筑功能外加劑[M].北京:化學工業(yè)出版社，2004.

[2]劉數(shù)華，閻培渝.石粉作為碾壓混凝土摻合料的利用和研究綜述[J].水力發(fā)電，2007，33(1).

[3]王稷良.機制砂特性對混凝土性能的影響及機理研究[D].博士學位論文.武漢:武漢理工大學，2008.

[4]賀鴻珠，朱洪發(fā)，宋小川等.石粉與粉煤灰復合作水泥混凝土摻合料的性能研究[J].粉煤灰，2005，(6).

[5]錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土[M].北京:科學出版社，2002.

責任編輯：余詠梅

施工經驗

怎樣識別偽劣HRB熱軋帶肋鋼筋

熱軋帶肋鋼筋俗稱螺紋鋼，廣泛應用于房屋、道路等方面建設。現(xiàn)將鋼材市場上的偽劣熱軋帶肋鋼筋不合格因素列舉如下。

(1)鋼筋實際尺寸比標志尺寸小一個規(guī)格左右，經銷商通過實際重量進貨、理論重量交貨，通過重量差獲取暴利。

(2)鋼筋強度偏低。

(3)鋼筋化學成分不合格率高。究其原因，主要是小軋鋼廠原料不合格，用土鋼坯軋制熱軋帶肋鋼筋所致。

在購買熱軋帶肋鋼筋前，首先應從外觀尺寸看，可用游標卡尺測量鋼筋實際尺寸是否比標示尺寸(一般熱軋帶肋鋼筋上均軋有規(guī)格標志)小一個規(guī)格或更多，同時有些偽劣熱軋帶肋鋼筋通過軋扁的方式來欺騙客戶，因而從鋼筋端面觀察其為扁橢圓形，而正規(guī)鋼筋端面應基本為圓形。

其二，從表面質量看偽劣熱軋帶肋鋼筋。由于用土鋼坯軋制鋼筋，鋼筋外觀質量差，常帶有結疤等缺陷。同時，有些小軋鋼廠加熱溫度或軋制速度不夠，使鋼筋表面顏色偏紅。

其三，正規(guī)鋼材在廠家出廠時大多為成捆包裝，成捆鋼材上均掛有與實物相對應的金屬小標牌，標明廠家鋼材牌號、批號、規(guī)格及檢驗代號等。而偽劣熱軋帶肋鋼筋由于生產條件簡陋，無大型吊裝設備，大多小捆包裝。無金屬標牌、質量保證書。要避免買到偽劣熱軋帶肋鋼筋，最好到名牌廠家的直接代理處購買。即使發(fā)生爭議也容易處理，還可以通過金相分析試驗判別其化學成分。

其四，代銷商主動降低價格，與常規(guī)的熱軋帶肋鋼材價格差距較大。

建議用戶在購買熱軋帶肋鋼筋時，一定要到正規(guī)鋼材經營單位或經營點購買。并索取鋼材質量證明書，進行驗收。對有質量疑義的鋼材可到專業(yè)檢測機構進行質量咨詢并檢測，為日后訴訟留下書面依據(jù)。

（摘自：《建筑工人》）

Preliminary Study on Limestone Powder as Concrete Additive

The paper analyzed the basic properties of limestone powder by using the following four methods:surface area comparisons,scanning electron microscope comparisons,activity index comparisons,super-plasticizer adsorption comparisons.Then,experiments have been done to study the concrete performance by using a same amount of limestone powder or fly ash to substitute the same amount of cement.The results showed that limestone powder,though,can be used as concrete additive，should be used together with fly ash The maximum amount of substitution for limestone powder should not be allowed to exceed 25%of the concrete.

limestone powder;additive;concrete

TU521.2+5

A

1671-9107（2010）11-0022-04

10．3969／j．issn．1671-9107．2010．11．022

2010-9-15

劉巖（1980-），男，中鐵十二局集團渝利鐵路項目試驗室主任，從事鐵路工程施工與檢測。