摻石粉改性仿木構(gòu)件研究

王偉1,2

(1.廈門(mén)市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廈門(mén) 361004；

2.廈門(mén)天潤(rùn)錦龍建材有限公司，廈門(mén) 361027)

摘要：為解決仿木構(gòu)件表面孔隙偏多、早期強(qiáng)度偏低等問(wèn)題，采用石粉替代部分水泥的方法進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)石粉摻量為20%時(shí)，可以有效地改善拌合物的工作性能和仿木構(gòu)件表面缺陷，并提高仿木構(gòu)件制品的早期強(qiáng)度，加快模具周轉(zhuǎn)速率，提高工作效率。

關(guān)鍵詞：石粉；仿木構(gòu)件；表面缺陷；早期強(qiáng)度；工作性能

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.018

Abstract:In order to solve the surface holes of the wooden and the low early strength，adding a suitable amount of limestone to replace cement to improve working performance and early strength of concrete. Results show that:when the content of limestone is 20%, Surface defects dramatically reduced.What’s more, the early strength was improved.This can speed up the mold flow rate,and improve the work efficiency.

收稿日期：2015-07-02.

作者簡(jiǎn)介：王偉(1988-)，助理工程師.E-mail:xuanyingkg@126.com

Research of Imitation-wood Members Mixed with Limestone

WANGWei1,2

(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co,Ltd,Xiamen 361004,China

2.Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co,Ltd,Xiamen 361027,China)

Key words:limestone；imitation-wood members；surface defect;early strength ;working performance

著名建筑史學(xué)家梁思成在《中國(guó)建筑的特征》一書(shū)中寫(xiě)道“中國(guó)始終保持木材為主要建筑材料，故其形式為木造結(jié)構(gòu)之直接表現(xiàn)。其在結(jié)構(gòu)方面之努力，則盡木材應(yīng)用之能事，以臻實(shí)際之需要，而同時(shí)完成其本身完美之形體[1]。”國(guó)人對(duì)木質(zhì)建筑情有獨(dú)鐘。

然而，木材由于其自身固有的缺陷，維護(hù)修葺需消耗巨大的人力、物力和財(cái)力。此外，可以用于修葺古建筑物的成年巨木，如老黃松、油松等已經(jīng)很難找到，速生木材則很難達(dá)到要求。因此，一種新型的仿木材料應(yīng)運(yùn)而生—混凝土仿木構(gòu)件[2,3]。

混凝土替代實(shí)木的仿木技術(shù)已經(jīng)勢(shì)在必行，且應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。如沈陽(yáng)廣福市大雄寶殿就是極具有代表性的混凝土仿木古建筑。此外，仿木圍欄、仿木欄桿、仿木花箱、仿木樹(shù)圍、仿木坐凳、仿木垃圾桶等小型仿木構(gòu)件在市政工程中得到廣泛的應(yīng)用。但由于這些構(gòu)件的生產(chǎn)廠家大多數(shù)不具備專(zhuān)業(yè)的混凝土配合比設(shè)計(jì)能力，其生產(chǎn)配合比不規(guī)范，拌合物工作性能差，導(dǎo)致構(gòu)件表面存在孔隙、裂縫等問(wèn)題。該文采取在混凝土中摻適量石粉(limestone，LS)改性的方式進(jìn)行試驗(yàn)研究，以改善仿木構(gòu)件表面缺陷、早期強(qiáng)度較低等問(wèn)題。

1原材料

該試驗(yàn)選用華潤(rùn)水泥有限公司P·O 42.5潤(rùn)豐水泥，初凝215 min，終凝270 min，3 d抗壓強(qiáng)度30.3 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度54.6 MPa；選用福建省龍海市隆盛石料廠花崗巖石粉，比表面積4 570 m2/kg， SiO2含量52.2%，CaO含量7.1%；選用福建省廈門(mén)市海滄區(qū)天誠(chéng)林建材經(jīng)營(yíng)部河砂中砂Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)2.6，表觀密度2 560 kg/m3，含泥量0.6%；選用福建省廈門(mén)市海滄區(qū)天誠(chéng)林建材經(jīng)營(yíng)部單粒級(jí)5 mm碎石，壓碎指標(biāo)9.8%，含泥量0.1%；選用科之杰新材料集團(tuán)有限公司Point-S 聚羧酸系高性能減水劑，減水率30%，含氣量4.7%，含固量18.7%；拌合水為生活用水，滿足現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 63—2006的要求。

2配合比設(shè)計(jì)

在水膠比相同的情況下，用石粉取代部分水泥作為摻合料，探究不同石粉摻量對(duì)混凝土拌合物工作性能的影響，以及摻石粉前后仿木構(gòu)件表面質(zhì)量是否有明顯改觀。具體配合比見(jiàn)表1。

表1　實(shí)驗(yàn)所用配合比

3結(jié)果與分析

從表2可以看出，在水膠比不變的情況下，隨著石粉摻量的增加，混凝土的工作性能逐漸改善。摻量在20%以上時(shí)，混凝土的流動(dòng)性、粘聚性和保水性都很好。從圖1中明顯看出，石粉摻量從0%增加到45%的過(guò)程中，1 h坍落度從100 mm增加到235 mm，1 h坍損從85 mm降低到0 mm；摻量大于30%時(shí)，1 h坍損明顯降低。

表2　石粉對(duì)混凝土工作性能和強(qiáng)度的影響

石粉對(duì)混凝土和易性和1 h坍損的改善主要得益于石粉的形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)。1)表面致密光滑的石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散劑的作用，能促進(jìn)水化初期水泥顆粒的解絮，從而改善混凝土的工作性能。2)部分水泥被取代，水泥的用量降低，又石粉的表面能很小，導(dǎo)致整個(gè)體系反應(yīng)速度也隨之減緩，因此工作性能得到改善，減小了坍落度的損失。3)由于石粉比水泥顆粒細(xì)度小，能夠填充在水泥漿體間隙中，起到填充骨架的作用，使混凝土拌和物的含氣量和泌水率都在減少，從而改善了混凝土的工作性。使得成型后的仿木構(gòu)件表面致密光滑，表面孔隙減少甚至沒(méi)有孔隙。

從圖2中可以直觀的看出，對(duì)于混凝土試塊3 d強(qiáng)度，摻石粉改性后其強(qiáng)度會(huì)提高；當(dāng)摻量為20%時(shí)，漲幅為21.7%，摻量超出20%，漲幅降低，摻量超過(guò)35%，會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)度下跌。對(duì)于混凝土試塊7 d強(qiáng)度，摻量小于20%時(shí)，隨石粉摻量增加混凝土試塊強(qiáng)度隨之增加，最大漲幅23.2%。對(duì)于混凝土試塊28 d強(qiáng)度，石粉摻量小于20%時(shí)，與基準(zhǔn)試塊相比，強(qiáng)度略有增長(zhǎng)，但是摻量超過(guò)20%后，強(qiáng)度下跌比較嚴(yán)重，石粉摻量為45%時(shí)，最大下跌達(dá)到22.8%。

從圖2可以明顯看出，當(dāng)石粉摻量一定時(shí)(小于20%)，石粉對(duì)混凝土試塊早期(3 d、7 d)強(qiáng)度有明顯加速作用，但是對(duì)混凝土試塊后期(28 d)強(qiáng)度，加速不明顯。摻量超過(guò)20%時(shí)，混凝土試塊強(qiáng)度有不同程度的下跌。

分析認(rèn)為：石粉對(duì)混凝土試塊強(qiáng)度的影響是多方面的，只是各因素的影響程度不同。對(duì)石粉的加速效應(yīng)和活性效應(yīng)不能絕對(duì)的分開(kāi)討論，二者同時(shí)存在，同時(shí)作用于水泥基材料，交互影響。水泥水化過(guò)程是一系列復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，C-S-H凝膠體系的形成，是提供強(qiáng)度的關(guān)鍵。C-S-H凝膠體系形成的基礎(chǔ)是晶核，然晶核借助于基體才能形成，而石粉可以降低成核位壘，更適于作為C-S-H凝膠的成核基體，因而加速了水泥水化速度。

現(xiàn)有的研究[4-6]表明石粉并非絕對(duì)惰性，它在水化的過(guò)程中可以與水泥中的C3A和C4AF發(fā)生反應(yīng)，生成水化碳鋁酸鈣，從而改善水泥基材料的一些性能。但是其活性明顯低于水泥，因此摻量超過(guò)一定程度后，不足以彌補(bǔ)水泥摻量減少造成的強(qiáng)度損失，所以后期強(qiáng)度會(huì)降低。

由此，摻適量石粉可加速混凝土的早期強(qiáng)度，有利于縮短仿木構(gòu)件拆模時(shí)間，加快模具周轉(zhuǎn)，提高工作效率。

4結(jié)論

a.得益于石粉的形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)，摻適量石粉可以改善混凝土的工作性能，成型的仿木構(gòu)件表面致密光滑，幾乎沒(méi)有孔隙。

b.得益于石粉的強(qiáng)度加速效應(yīng)，摻適量石粉(小于20%)可以提高混凝土的早期強(qiáng)度，有利于仿木構(gòu)件的拆模，提高工作效率。

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