王宇杰，嚴(yán)章國(guó)，宋少民

（1.北京建筑大學(xué)土木與交通工程學(xué)院，北京 100044；2.中國(guó)水利水電第九工程局有限公司，貴州 貴陽 550008）

0 引言

1 原材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 原材料

（1）水泥：采用北京金隅公司生產(chǎn)的 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，其主要性能指標(biāo)見表 1。

表1 普通硅酸鹽水泥性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：采用河北金泰成公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，密度 2.24g/cm3，需水量比 91.2%，活性指數(shù)80%，燒失量 3.1%。

（3）礦渣：采用河北金泰成公司生產(chǎn)的 S95 級(jí)礦渣粉，比表面積 450m2/kg，流動(dòng)度比 91%，活性指數(shù)95%，燒失量為 0。

（4）細(xì)骨料：試驗(yàn)采用細(xì)骨料為河砂，依據(jù) GB/T 14684—2011《建設(shè)用砂》，細(xì)骨料的顆粒級(jí)配如表 2所示。

表2 細(xì)骨料的顆粒級(jí)配

（5）粗骨料：試驗(yàn)采用粗骨料為碎石，依據(jù) GB/T 14685—2011《建筑用卵石、碎石》，粗骨料的顆粒級(jí)配如表 3 所示。其堆積密度為 1570kg/m3，表觀密度為2655kg/m3，空隙率為 41%。

表3 粗骨料顆粒級(jí)配

（6）減水劑：減水劑為保坍型減水劑，由北京榆樹莊構(gòu)件廠提供，實(shí)測(cè)固含量為 25%，減水率為31%。

初加工環(huán)節(jié)對(duì)于中式烹飪來講不可或缺，也是后續(xù)切配環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，以下幾點(diǎn)應(yīng)當(dāng)引起烹飪者的注意：一是食品衛(wèi)生達(dá)標(biāo)，俗話說“病從口入”，所以在對(duì)原材料進(jìn)行初加工的時(shí)候，必須要嚴(yán)格遵照食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)處理；二是保持營(yíng)養(yǎng)成分，人的身體機(jī)能多依靠食物中的營(yíng)養(yǎng)成分來維持，所以烹飪者在對(duì)原材料進(jìn)行初加工的同時(shí)，除了要注意食物間相克的問題，還要注意保持原材料的營(yíng)養(yǎng)成分；三是色香味形俱全，“色、香、味、形”和諧統(tǒng)一，一直是中式烹飪不懈追求的目標(biāo)，所以在原材料初加工時(shí)要注意色香味形的問題，不能在初加工階段就影響菜肴的成型；四是科學(xué)使用食材，食品初加工中要注意合理使用原材料，避免鋪張浪費(fèi)，提高原材料的凈料率[1]。

（7）石粉與粘土：高吸附性石粉選擇凝灰?guī)r石粉，蒙脫土選擇南方地區(qū)的紅壤土（以下簡(jiǎn)稱粘土），與石灰石粉（吸附性低）進(jìn)行對(duì)比研究。石灰石粉（SHS）、凝灰?guī)r石粉（NHY）和粘土泥粉（NF）細(xì)度、需水量比和亞甲藍(lán)值指標(biāo)如表 4 所示。

表4 不同粉體的基本物理指標(biāo)

對(duì)三種粉體進(jìn)行激光粒度和 XRD 試驗(yàn)，分析其粒徑分布與主要礦物成分，結(jié)果如圖 1 與圖 2 所示。

圖1 SHS、NHY、NF 的激光粒度分布

圖2 粘土與石粉 X 射線衍射圖譜

由圖 1 可以得出，粘土的 D50和 D90均比另外的兩種石粉小一些?？偟膩砜?，對(duì)于顆粒粒徑的具體分布尺寸而言，粘土和石灰石粉與凝灰?guī)r石粉相比要小。從圖2 中可以看出粘土含有蒙脫石和云母，凝灰?guī)r石粉成分為石英和沸石類礦物，而對(duì)于石灰石粉，它的礦物成分單一，主要為碳酸鈣。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（1）凝灰?guī)r石粉、石灰石粉、粘土分別按照外摻摻量為 20% 和 40% 等質(zhì)量替代混凝土中砂用量，并配制 C30 和 C50 混凝土?；炷僚浜媳纫姳?5?；炷量刂铺涠仍?180～200mm 之間。

表5 混凝土配合比 kg/m3

（2）新拌混凝土工作性通過控制坍落度對(duì)比減水劑的用量表征，力學(xué)性能依據(jù) GB/T 50081—2016《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定，耐久性指標(biāo)依據(jù) GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》完成試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 高吸附性石粉與蒙脫土對(duì)混凝土工作性的影響

試驗(yàn)采用外摻法摻入石灰石粉、凝灰?guī)r石粉以及粘土等質(zhì)量替代砂進(jìn)行混凝土工作性能、力學(xué)性能及耐久性的研究，通過控制外加劑摻量使混凝土坍落度維持在180～200mm，通過外加劑的摻量變化研究石灰石粉、凝灰?guī)r粉和粘土對(duì)混凝土工作性的影響，得出的結(jié)果可見表 6，將表 6 所示結(jié)果繪成柱狀圖見圖 3。

表6 兩組混凝土相同坍落度下減水劑用量 kg/m3

圖3 C30、C50 相同坍落度下減水劑用量

試驗(yàn)結(jié)果表明：石灰石粉在細(xì)骨料中摻量為 20%時(shí)，C30 混凝土外加劑用量降低，在細(xì)骨料中替代量為40% 時(shí)混凝土外加劑用量有所提高，但相對(duì)基準(zhǔn)組提高幅度不大，而凝灰?guī)r石粉會(huì)顯著增大外加劑用量；在細(xì)骨料中摻入 20% 和 40% 粘土?xí)够炷恋耐饧觿┯昧刻岣邘妆?，并?huì)使混凝土流動(dòng)性出現(xiàn)減小的趨勢(shì)。此外，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)石灰石粉吸附性小，需水量比小，因此適當(dāng)替代量就能使混凝土的工作性得到較大改善；凝灰?guī)r石粉具有很強(qiáng)的吸附性，會(huì)較大程度的吸附混凝土中水和外加劑，從而使減水劑的分散性能減弱，且水泥漿體包裹能力變差，最終對(duì)混凝土和易性產(chǎn)生一定的影響[9]；而粘土的吸附性更大，對(duì)水以及減水劑的吸附量非常大，C30 外加劑增大 275%～645%；C50 外加劑增大 179%～452%，從而會(huì)顯著影響混凝土的工作性。

2.2 高吸附性石粉與蒙脫土對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

2.2.1 高吸附性石粉與蒙脫土對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土試配完成并測(cè)定坍落度后裝模，在 (20±5)℃ 溫度環(huán)境中帶模靜置一天，第二天拆模后將試塊置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分別在 3d、7d、28d 三個(gè)齡期取出三個(gè)試塊測(cè)定不同齡期下的立方體抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表 7 所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果繪制不同組別、不同齡期的抗壓強(qiáng)度圖，如圖 4、圖 5 所示。

試驗(yàn)結(jié)果顯示石灰石粉、凝灰?guī)r石粉的摻入對(duì)混凝土的早、中期強(qiáng)度的影響基本相當(dāng)。通過分析和研究，發(fā)現(xiàn)引起這種現(xiàn)象的主要原因是石灰石粉在某些條件下可以發(fā)生晶核效應(yīng)[10]，所以混凝土早期強(qiáng)度得到了一定程度的提高。相比石灰石粉，凝灰?guī)r石粉對(duì)于C30 混凝土強(qiáng)度的影響不大，對(duì) C50 混凝土強(qiáng)度有些影響，但降低幅度有限。較大石灰石粉、凝灰?guī)r石粉的摻入會(huì)使混凝土 28 天強(qiáng)度總體上有一定程度的降低，但不顯著，仍基本滿足強(qiáng)度等級(jí)要求，這與較低水膠比條件下微細(xì)顆粒散布在混凝土中拉近了顆粒間距，有利于分子力提高有關(guān)。但是粘土是軟弱顆粒，與水泥基材料相容性差，粘土失去水分后體積出現(xiàn)了很大收縮，使得混凝土的內(nèi)部缺陷增多，強(qiáng)度大幅度降低。

表7 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度 MPa

圖4 C30 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

圖5 C50 混凝土立方體抗壓強(qiáng)度

2.2.2 高吸附性石粉與蒙脫土對(duì)混凝土早期收縮的影響

測(cè)定 C30 混凝土各個(gè)齡期收縮變形數(shù)據(jù)，結(jié)果見表8。

表8 C30 混凝土不同齡期的收縮率 1×10-6

將試驗(yàn)所得收縮值經(jīng)規(guī)范處理得出收縮率為縱坐標(biāo)，齡期為橫坐標(biāo)，繪得收縮曲線如圖 6 所示。

圖6 隨齡期增長(zhǎng) C30 混凝土收縮率變化趨勢(shì)

試驗(yàn)結(jié)果表明：與基準(zhǔn)組相比，摻石灰石粉混凝土組早期收縮并沒有增大，凝灰?guī)r石粉混凝土組早期收縮有所增大，粘土混凝土組早期收縮顯著增大。分析認(rèn)為主要是由于粘土的吸附性很大，當(dāng)進(jìn)行混凝土拌合的時(shí)候，粘土先吸附的是自由水和減水劑，大大減弱了混凝土中水的分散潤(rùn)滑效果和增加了減水劑的使用量，在吸附階段的時(shí)候吸附—分散—潤(rùn)滑的減水機(jī)理受到了阻礙，而且粘土在干燥失水后會(huì)出現(xiàn)比較大的體積收縮，從而導(dǎo)致混凝土收縮較大。凝灰?guī)r石粉相對(duì)于石灰石粉吸附性較大，所以摻凝灰?guī)r石粉混凝土收縮率也有所增大。石灰石粉表面能低、吸附性低、分散性好，所以摻石灰石粉混凝土收縮較小。

2.3 高吸附性石粉與蒙脫土對(duì)混凝土耐久性的影響

2.3.1 高吸附性石粉與蒙脫土對(duì)混凝土碳化的影響

將成型的試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù) 28d，并提前兩天將試件置于 60℃ 的烘箱中烘干兩天，隨后做好標(biāo)記將試件置于碳化箱中，分別在 3d、7d、14d 取出劈開，在劈裂面滴定 1% 的酚酞試劑測(cè)定碳化深度，試驗(yàn)結(jié)果如表 9 所示。

表9 C30、C50 混凝土早期碳化深度 mm

將試驗(yàn)所得碳化深度值作為縱坐標(biāo)，齡期為橫坐標(biāo)，繪成混凝土碳化深度折線圖如圖 7 所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰石粉和凝灰?guī)r石粉混凝土組與基準(zhǔn)組相比碳化深度增大不多，而粘土因?yàn)榫哂懈呶叫裕谀Y(jié)硬化之后強(qiáng)度低且存在較大程度上的體積收縮，缺陷多，因此抗碳化能力大幅度降低[11]。

圖7 混凝土碳化深度

2.3.2 混凝土電通量

試件于標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù) 28d 后，將 100mm×100mm×100mm 的試件切割成 50 mm×100 mm×100mm 用于做抗氯離子滲透試驗(yàn)，三個(gè)為一組，試驗(yàn)結(jié)果見表 10。

表10 C30、C50 混凝土的電通量

根據(jù)規(guī)范電通量在 1000～2000C 之間，混凝土的抗氯離子滲透等級(jí)為很低，電通量在 2000～4000C 之間，混凝土的抗氯離子滲透等級(jí)為低。從表 10 中數(shù)據(jù)可以看出，替代細(xì)骨料 20% 的石灰石粉和凝灰?guī)r石粉混凝土能提高混凝土抗氯離子滲透性能，大摻量的石灰石粉和凝灰?guī)r石粉會(huì)降低混凝土的抗氯離子滲透能力，對(duì) C30 混凝土降低程度更明顯；粘土將顯著降低混凝土的抗氯離子滲透能力。石粉不僅具有填充效應(yīng)，而且可以參與二次水化反應(yīng)，因此在適當(dāng)摻量可以增強(qiáng)界面、改善孔隙，提高混凝土的致密度，然而在摻量過大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土骨架削弱，缺陷增多，對(duì)氯離子滲透通道的阻礙作用降低，故電通量較大[12-15]。粘土一方面在混凝土拌合過程中會(huì)吸收大量的水和吸附大量的減水劑，包裹在膠凝材料表面，阻礙了水泥的水化，削弱了骨料與膠凝材料之間的連接，進(jìn)而削弱了界面過渡區(qū)；另一方面粘土極易失水，失水后體積收縮，缺陷很多，在混凝土內(nèi)部形成滲水通道，從而電通量較大，抗氯離子滲透性能降低。

3 結(jié)論

（1）高吸附性機(jī)制砂石粉和蒙脫土化學(xué)成分、礦物相、MB 值、需水行為有顯著差異。

（2）石灰石粉吸附性最低，外加劑用量最少。高吸附性機(jī)制砂石粉吸附性較大，混凝土達(dá)到大流動(dòng)性時(shí)外加劑用量增大，但蒙脫土吸附性非常大，混凝土外加劑用量成幾倍增長(zhǎng)，差異很大。

（3）高吸附性機(jī)制砂石粉和石灰石粉對(duì)于混凝土強(qiáng)度的影響相當(dāng)，而相比石粉，粘土則大幅度降低混凝土強(qiáng)度。

（4）高吸附性機(jī)制砂石粉混凝土收縮有所增大，而粘土對(duì)混凝土早期收縮影響非常大，石灰石粉混凝土的收縮最小。

（4）高吸附性機(jī)制砂石粉和石灰石粉對(duì)混凝土碳化影響較小，而粘土?xí)@著降低混凝土抗碳化能力。

（5）20% 石粉替代機(jī)制砂混凝土電通量較基準(zhǔn)組有所降低，粘土?xí)蠓忍嵘炷岭娡俊?/p>

總體上說，高吸附性機(jī)制砂石粉（片麻巖、凝灰?guī)r、花崗巖）與蒙脫土本質(zhì)上不是一種物質(zhì)，所以我們對(duì)待高吸附性機(jī)制砂石粉的態(tài)度不應(yīng)與蒙脫土（泥）相同，在技術(shù)條件許可的情況下，20% 以下的高吸附性機(jī)制砂石粉在砂漿和混凝土中應(yīng)用具有技術(shù)可行性，而蒙脫土則不然，必須嚴(yán)格限制。