蘭聰，陳景，劉霞，武海輪，劉東

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610052）

0 前言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷升級(jí)，混凝土供應(yīng)量以及砂的消耗量以驚人的速率增長(zhǎng)；加之我國(guó)的生態(tài)環(huán)保壓力以及天然砂資源的匱乏，機(jī)制砂必將完全替代天然砂用于制備混凝土[1-2]。當(dāng)前各地區(qū)機(jī)制砂品質(zhì)與質(zhì)量參差不齊，制備的機(jī)制砂級(jí)配和粒形較差，并且石粉含量較高，對(duì)混凝土工作性和力學(xué)性能影響較大。目前，高校、研究所以及企業(yè)對(duì)機(jī)制砂級(jí)配和粒形研究較多，提出了最優(yōu)的級(jí)配組合以及粒形特征建議，但對(duì)機(jī)制砂中石粉總類(lèi)以及性能研究較少[3-7]。本文主要針對(duì)不同的石灰石機(jī)制砂石粉進(jìn)行了研究，分析了其對(duì)減水劑以及力學(xué)性能的影響原因和機(jī)理，總結(jié)判斷選擇制備石灰石機(jī)制砂礦源的方法，為制備機(jī)制砂選擇石灰石礦山提供了參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：峨勝P·O42.5R水泥，主要化學(xué)成分和性能指標(biāo)分別見(jiàn)表1、表2。

表1 水泥的主要化學(xué)成分 %

表2 水泥的基本性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：江油Ⅱ級(jí)，細(xì)度10.2%，燒失量4.5%，需水量比100%。

（3）砂：成都某地機(jī)制砂（CD），細(xì)度模數(shù) 2.3，石粉量8.0%，MB值為1.0；貴州某地機(jī)制砂（GZ），細(xì)度模數(shù)2.8，石粉量8.0%，MB值為0.5。

（4）碎石：5～25 mm連續(xù)級(jí)配的碎石。

（5）減水劑：中建西建西南公司自產(chǎn)聚羧酸減水劑，減水率25%，固含量15%，pH值7.1。

（6）拌合水：自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方法

篩分試驗(yàn)：參照GB/T 14684—2011《建筑用砂》將0.075 mm以下粒徑級(jí)配進(jìn)行篩分。

亞甲藍(lán)MB值：參照GB/T 14684—2011中MB值檢測(cè)方法對(duì)石粉中具有吸附性物質(zhì)進(jìn)行間接測(cè)試[8]。

凈漿流動(dòng)度試驗(yàn)：參照GB/T 8077—2012《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。

抗壓強(qiáng)度：參照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試。

燒失量：參照GB/T 176—2008《水泥化學(xué)分析方法》中灼燒差減法進(jìn)行測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 機(jī)制砂礦源特征分析

對(duì)比分析了貴州某地區(qū)與成都某地區(qū)石灰石礦源特征，結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 貴州某地石灰石礦的XRD圖譜

圖2 成都某地石灰石礦的XRD圖譜

由圖1和圖2可知，石灰石礦均主要含方解石以及其它礦物，通過(guò)XRD圖譜定性分析[9]無(wú)法準(zhǔn)確地判斷石灰石礦的優(yōu)劣。石灰石其主要礦物為方解石，在高溫條件下會(huì)分解，通過(guò)測(cè)試石灰石礦燒失量的方法在一定程度上可以間接驗(yàn)證與判斷其礦的純度，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 不同石灰石礦燒失量與部分參數(shù)

由表3可知，成都石灰石礦燒失量遠(yuǎn)小于貴州石灰石礦，其CaO含量相對(duì)較低，石灰石礦中方解石含量遠(yuǎn)小于貴州石灰石礦，貴州石灰石礦含雜質(zhì)較少，屬于一等品，而成都石灰石礦品質(zhì)極差。

表3中數(shù)據(jù)與圖1和圖2中XRD定性分析有相似性，圖2中組分比圖1多。綜上，可采用灼燒差減法判斷石灰石礦雜質(zhì)含量，初步判斷其品質(zhì)。

2.2 機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑的影響

將不同機(jī)制砂石粉等量分別取代3%、6%、12%、24%的水泥（300 g），在用水量為87 g的條件下，摻入減水劑使其凈漿流動(dòng)度控制在（190±5）mm時(shí)，以減水劑摻量（按占水泥和機(jī)制砂石粉總質(zhì)量計(jì)）作為表征依據(jù)，參照機(jī)制砂測(cè)試MB值的方法測(cè)試機(jī)制砂石粉對(duì)亞甲藍(lán)的吸附量，以此間接表征其對(duì)減水劑的吸附量，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 不同石灰石礦品質(zhì)對(duì)外加劑的吸附性與亞甲藍(lán)吸附趨勢(shì)

由圖3（a）可見(jiàn)，隨著機(jī)制砂石粉摻量的增加，不同品質(zhì)的石灰石礦機(jī)制砂石粉對(duì)減水劑摻量影響顯著；石灰石礦品質(zhì)較好，其石粉能表現(xiàn)出具有一定的減水作用（虛線框）；由圖3（b）可見(jiàn)，隨著機(jī)制砂石粉摻量的增加，對(duì)亞甲藍(lán)的吸附量線性增大，且直線斜率對(duì)應(yīng)其吸附率，斜率越大其吸附率越大，成都石灰石礦吸附率是貴州石灰石礦吸附率的2.38倍。亞甲藍(lán)吸附趨勢(shì)與對(duì)減水劑摻量的影響規(guī)律對(duì)比與機(jī)制砂礦源特征分析結(jié)果一致，成都石灰石礦含有害雜質(zhì)較多，對(duì)減水劑的吸附能力強(qiáng)；若用于制備機(jī)制砂其石粉含量較高時(shí)，對(duì)減水劑摻量的影響顯著。

2.3 機(jī)制砂中石粉對(duì)減水劑以及混凝土力學(xué)性能的影響

將成都石灰石機(jī)制砂石粉與貴州機(jī)制砂石粉進(jìn)行替換，機(jī)制砂中石粉含量均為8%，并通過(guò)改變混凝土砂率保證其原材料比表面積基本一致，配置調(diào)整混凝土拌合物其工作性相同，研究機(jī)制砂中石粉對(duì)減水劑以及混凝土力學(xué)性能的影響，試配配合比和力學(xué)性能見(jiàn)表4。

表4 C30混凝土配合比以及工作性和力學(xué)性能

由表4可知，不同石灰石礦源的機(jī)制砂對(duì)單位用水量、減水劑摻量以及混凝土抗壓強(qiáng)度影響顯著；并在保持機(jī)制砂比表面積不變的條件下，機(jī)制砂級(jí)配對(duì)單位用水量也有一定的影響；優(yōu)質(zhì)石灰石礦源機(jī)制砂其石粉能降低減水劑摻量0.2～0.4個(gè)百分點(diǎn)，混凝土抗壓強(qiáng)度顯著提高（可提高6～8 MPa）。

2.4 機(jī)制砂中石粉作用機(jī)理分析

不同礦源的石灰石其組成和純度存在一定的差異；品質(zhì)較差的石灰石其雜質(zhì)較多，在制備機(jī)制砂細(xì)化過(guò)程中，對(duì)混凝土工作性和抗壓強(qiáng)度有害的成分（如泥粉）作用放大；而優(yōu)質(zhì)的石灰石礦純度高，其細(xì)度達(dá)到一定程度時(shí)，具有良好的微集料效應(yīng)和火山灰效應(yīng)。圖4為品質(zhì)較差的Y－2組和品質(zhì)較好的Y－1組石灰石機(jī)制砂混凝土的SEM照片。

圖4 Y－2組和Y－1組石灰石機(jī)制砂混凝土的SEM照片

由圖4可知，品質(zhì)較差的石灰石機(jī)制砂混凝土內(nèi)部存在裂縫，且結(jié)構(gòu)密實(shí)度較差，主要因?yàn)槭壑胁糠旨?xì)化的有害物質(zhì)包裹在不同粒級(jí)的顆粒上，形成較多的薄弱缺陷區(qū)；而優(yōu)質(zhì)石灰石機(jī)制砂混凝土結(jié)構(gòu)較密實(shí)，與不同粒級(jí)的機(jī)制砂顆粒粘結(jié)緊密，主要因?yàn)閮?yōu)質(zhì)石灰石機(jī)制砂中極細(xì)的石粉在體系中發(fā)生反應(yīng)，更好連接了水泥石與機(jī)制砂顆粒，形成較完整的整體。較好地印證了不同礦源的機(jī)制砂混凝土強(qiáng)度差異較大的原因，并與國(guó)內(nèi)學(xué)者研究石屑混凝土結(jié)果基本一致[10]。

3 結(jié)論

（1）不同礦源的石灰石制備機(jī)制砂，其對(duì)混凝土單位用水量、減水劑摻量以及力學(xué)性能影響較大。

（2）可通過(guò)石灰石燒失量定性地判斷其純度，綜合凈漿流動(dòng)度和MB值測(cè)定方法評(píng)價(jià)石灰石中石粉對(duì)混凝土減水劑摻量影響的程度；并可據(jù)此判定該石灰石礦制備機(jī)制砂的經(jīng)濟(jì)性。

（3）優(yōu)質(zhì)石灰石機(jī)制砂中的石粉能改善混凝土水泥石與集料的界面過(guò)渡區(qū)，較明顯地提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。