劉歡 劉昭洋

摘 要：本文對不同巖性石粉（石灰石粉、灰礦粉、花崗巖石粉、玄武巖石粉）與外加劑的相容性進行了研究。試驗結(jié)果表明：不同巖性石粉都能被PCE很好的分散，且不同巖性石粉漿體被分散到相同擴展度的PCE摻量不一樣。不同巖性石粉摻入水泥中并不會增加水泥漿的PCE摻量，摻入30%花崗巖石粉和30%玄武巖石粉后的水泥漿的外加劑摻量反而減少了。

關(guān)鍵詞：巖性石粉；PEC；相容性

為了降低大體積混凝土開裂風(fēng)險，很多橋梁工程、水利水電等重大工程都采用摻入粉煤灰降低混凝土水化熱。由于粉煤灰在有的地區(qū)相對匱乏，就不得不長途運送粉煤灰。

同時，這些粉煤灰資源較匱乏的地區(qū)一些粉煤灰廠家還以次充好，導(dǎo)致?lián)饺敕勖夯业幕炷翐p失快、外加劑摻量增大以及會對硬化混凝土耐久性產(chǎn)生有害影響。然而，在這些工程施工過程中產(chǎn)生的大量石粉卻不能得到有效利用，還需要找地方堆放，不僅占用大量土地資源，造成資源浪費，而且對環(huán)境也不利。因此，開發(fā)利用石粉做混凝土摻合料，既可以解決遠距離運輸摻合料的問題，還能有效利用資源，并減少對環(huán)境的污染與破壞。

另外一些研究表明[ 1-3 ]，石粉的加入能改善混凝土的和易性和提高硬化混凝土性能。大量學(xué)者對石粉摻合料混凝土進行了研究[ 4-9 ]，但對不同巖性石粉與PCE的相容性卻鮮有研究。本文嘗試對四種不同巖性石粉與PCE的相容性進行研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

1）石灰石粉，灰礦粉、花崗巖石粉、玄武巖石粉均由某大型水電工程項目提供，比表面積為600m2/Kg。

2）水泥：PO42.5普通硅酸鹽水泥，由四川峨勝水泥廠生產(chǎn)。

3）外加劑：GK-3000高性能聚羧酸減水劑，固含30.5%，由石家莊長安育才建材有限公司生產(chǎn)。

4）試驗用水：自來水。

1.2 試驗方法

試驗分兩步進行，首先通過X射線衍射對四種不同巖性石粉進行了礦物分析。其次，為了研究不同巖性石粉與PCE的適應(yīng)性，設(shè)計了兩組試驗，分別是純石粉與PCE相容性試驗和摻30%石粉的峨勝水泥與PCE相容性試驗，配合比見表1。試驗采用GB/T 8077-2012 《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》進行。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同巖性石粉XRD衍射試驗

石灰石粉不含有明顯的雜質(zhì)（如圖1所示），只含有一些方解石。因此，它是一種不含粘土等礦物的純凈的樣品。

通過圖2的XRD圖譜來看，灰礦樣品含有石英，云母（白云母和伊利石），含長石的礦物質(zhì)（鈉長石）和一些粘土礦物質(zhì)（綠泥石）。

因此，說明灰礦是一種以石英（二氧化硅）為主的混合物樣品，并且同時少量含有其他幾種粘土礦物（云母，長石，綠泥石）。

然而，這些粘土礦物屬于一類被稱為“不膨脹”粘土族對PCE減水劑影響很小。

花崗巖石粉樣品含有的雜質(zhì)比以上兩種樣品多，除以上兩種石粉含有的礦物外，其還含有架狀硅酸鹽礦物（微斜長石），云母，鈉長石和粘土礦物（綠泥石），如圖3中X光衍射圖譜所示。

因此，花崗巖石粉以石英（二氧化硅）為主，但是同時含有較多的云母（黑云母）和其他粘土成分，其他的礦物成分就少一些。這些被分析出粘土礦物成分對PCE減水劑的影響不大。

玄武巖樣品雜質(zhì)是最多的，他含有石英和大量的不同種類的粘土礦物，有架狀硅酸鹽（微斜長石），云母（黑云母），長石礦物（長石鈉長石和），蒙脫石（蒙脫石）和綠泥石，正如圖4的X光衍射圖所示。不僅如此，一些非晶體結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)相也呈現(xiàn)出來了。所有被分析出的這些粘土礦物中，只有蒙脫石是對PCE減水劑有影響的。

2.2 不同巖性石粉與PCE適應(yīng)性試驗

2.2.1方案1凈漿試驗結(jié)果

從試驗方案一的結(jié)果表明四種不同巖性的石粉都能被PCE很好的分散。達到相同擴展度時，不同巖性石粉的PCE的摻量是不一樣的，PCE摻量由低到高依次是：石灰石粉<灰礦粉<花崗巖石粉<玄武巖石粉。

2.2.2方案2凈漿試驗結(jié)果

在摻入30%石粉后水泥漿體都能被PCE很好的分散。試驗結(jié)果表明，摻入30%灰礦粉和摻入30%石灰石粉后的PCE的吸附與不摻石粉的純峨勝水泥漿體吸附相當(dāng)。

很有意思的是，在達到相同擴展度時，摻入30%花崗巖石粉和30%玄武巖石粉的后水泥凈漿PCE摻量反而減少了。這與圖5即方案一的純的花崗巖石粉和玄武巖石粉對PCE摻量更大的試驗結(jié)果形成顯著對比。

為了對這一現(xiàn)象進行解釋，我們測試了不同巖性的石粉在0.5的水膠比下的zeta電位。試驗結(jié)果顯示，石灰石粉帶有正電荷，而其他三種石粉都是帶有負電的的，其中電負性由大到小依次時玄武巖石粉>花崗巖石粉>灰礦粉。

在純石粉漿體中，石灰石粉是帶有正電荷，能較快的吸附陰離子型PCE，故能被很好的分散；而玄武巖石粉帶負電荷最大，對于陰離子型PCE具有排斥作用，所以很難分散。

在摻入30%石粉+峨勝水泥的體系中，帶正電的石灰石粉因為吸附競爭力較強的硫酸根而顯示負電荷，與陰離子型PCE形成排斥作用，PCE較難吸附在石灰石粉表面從而很難發(fā)揮分散作用；而帶負電的玄武巖石粉吸附帶正電的鈣離子從而表面顯正電荷，陰離子型PCE很容易被吸附到玄武巖石粉顆粒的表面，故能被很好的分散。

3 結(jié)論

1）不同巖性石粉都能被PCE很好的分散，且不同巖性石粉漿體被分散到相同擴展度需要的PCE量不一樣。

2）不同巖性石粉摻入水泥中并不會增加水泥漿對PCE的吸附量，摻入30%花崗巖石粉和30%玄武巖石粉石粉后的水泥漿對PCE的吸附反而減少了。

3）表面帶負電荷的石粉摻入水泥中能減少漿體對PCE的吸附。

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