信佰伶

（建平縣水務局，遼寧 朝陽 122400）

0 引言

大理石是一種十分重要的建筑和裝飾材料，質地優(yōu)良、品種眾多，我國作為全球重要的大理石生產(chǎn)和消費國，近年來大理石的開采和利用量不斷增加。在大理石材料生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的廢料、廢粉和廢漿等固體廢棄物[1]。如今，大理石產(chǎn)業(yè)的廢棄物處理已經(jīng)成為世界性難題。隨著國家對環(huán)保工作的重視，大理石產(chǎn)業(yè)逐漸向綠色、環(huán)保及可持續(xù)的方向轉變。例如，在大理石生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大理石石粉，具有粒徑分布廣、礦物純度高和成本低廉的特點，是十分理想的礦物摻合料[2]。

混凝土是水利工程建設中使用最為廣泛的建筑材料，隨著水利工程建設技術的不斷發(fā)展，其對高性能混凝土的需求日漸強烈[3]。在混凝土中添加一定量的礦物摻合料可以有效改善其性能，同時還可以降低工程成本。在粉煤灰、硅灰等礦物摻合料供不應求、價格不斷攀升的背景下，將大理石石粉作為水工混凝土的礦物摻合料具有重要的工程意義、經(jīng)濟意義和生態(tài)意義。目前，大理石石粉作為一種鈣質非活性摻合料，其對水泥基材料力學和耐久性的影響差異較大，尚沒有系統(tǒng)化的研究結論。

對水利工程而言，硫酸鹽侵蝕是影響水工混凝土結構耐久性的重要環(huán)境因素，特別是我國的沿海和鹽湖地區(qū)存在大量的含硫酸鹽水體，對上述地區(qū)的水利工程結構造成明顯的侵蝕破壞，從而影響其安全性和耐久性[4]?；诖?，此次研究通過室內試驗的方式，探討大理石石粉對水工混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響，以便為大理石石粉在水工混凝土領域的應用和相關工程建設提供支持和借鑒。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

水泥是水工混凝土制作中的主要膠凝材料，對水工高性能混凝土而言，比較適合使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥[5]。此次試驗中使用的是沈陽沈北建材有限公司的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。經(jīng)樣本測定，其比表面積為342 m2/kg，初凝和終凝時間分別為155 min和238 min；28 d抗壓強度和抗折強度分別為8.4 MPa和52.9 MPa，其各項指標均滿足試驗要求。

試驗中使用賀州永通粉體有限公司生產(chǎn)的大理石粉，來源為大理石切割加工過程中產(chǎn)生的廢漿經(jīng)沉淀脫水干燥后形成的白色粉末。在試驗中將大理石粉再次研磨后過3 000目篩，以保證大理石石粉的細度。

試驗用骨料：細骨料為普通河沙，其細度模數(shù)為2.63，為中砂，表觀密度為2 670 kg/m3；粗骨料為粒徑5～20 mm、級配良好的人工石灰?guī)r碎石，其表觀密度為2 720 kg/m3。

試驗用減水劑為大連西卡建筑材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，試驗用水為普通自來水。

1.2 試驗方案

為了減少試驗工作量，選擇水利工程建設中常用的C30混凝土為試驗對象，以《水工混凝土配合比設計規(guī)范》為基礎確定混凝土的配合比[6]。其中，水泥、水、細骨料和粗骨料的每立方米用量分別為275，175，835，1 025 kg。為了研究大理石石粉對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響，研究中質量分數(shù)確定摻加比例。結合相關研究成果，確定對0%，5%，10%，15%，20%，25%和30%等不同的摻量水平進行試驗。

1.3 試驗方法

試驗中采用棱長為150 mm的立方體標準試件。根據(jù)試驗方案，稱量好各種材料的用量后進行試件制作，并將制作的試件放入養(yǎng)護室，在標準條件下養(yǎng)護至試驗規(guī)定齡期[7]。每組試驗方案制作4個試件，試驗中每組方案試驗3個試件，以試驗結果的均值作為最終試驗結果，剩余的一個試件備用。

硫酸鹽侵蝕試驗采用自然浸泡的方式開展，使用的實驗儀器為干濕循環(huán)硫酸鹽侵蝕試驗機。在試件養(yǎng)護至齡期之后，將其取出并擦拭干凈，然后在陰涼通風處靜置48 h。待自然風干之后稱量其質量和初始彈性波的波速，然后放入試驗桶，并倒入濃度為5%硫酸鈉溶液，將試驗溫度穩(wěn)定于25℃，開始試驗。在試驗過程中，每30 d對硫酸鈉溶液進行更換，試驗歷時150 d[8]。在試驗結束后，取出試件擦拭干凈其表面的水分，然后在陰涼通風處風干48 h，再測量試件的質量和彈性波波速，然后利用WHY-3000型全自動壓力試驗機進行試件的單軸壓縮試驗，獲取其極限抗壓強度和峰值應變。對試驗數(shù)據(jù)進行整理和對比分析，獲取混摻纖維對混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響。

2 試驗結果與分析

2.1 質量損失率

對7 d和28 d齡期不同大理石石粉摻量方案的試件進行質量測試，根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算獲取硫酸鹽侵蝕條件下的質量損失率，并繪制出質量損失率隨大理石石粉摻量的變化曲線，結果如圖1所示。由圖1可以看出，在摻加大理石石粉的情況下，試件的質量損失率均明顯偏小。由此可見，在水工混凝土中摻加一定量的大理石石粉，可以顯著降低硫酸鹽侵蝕條件下混凝土的質量損失率，有利于混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的提高。由圖1還可看出，隨著試件中大理石石粉摻量的增加，混凝土在7 d和28 d齡期的質量損失率均呈現(xiàn)出先減小后增加的變化趨勢。究其原因，主要是在混凝土摻加一定量的大理石石粉，可以有效填充混凝土內部的微小孔隙，因此，可以提高混凝土的密實度，減少硫酸鹽溶液向混凝土內部的滲流通道，提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕能力。但是，過量摻加大理石石粉則會降低混凝土中膠凝材料作用的發(fā)揮，反而不利于提高抗硫酸鹽侵蝕性能。從具體的試驗數(shù)值來看，當大理石石粉的摻量為15%時，試件的質量損失率最小，為最佳摻量。

圖1 質量損失率變化曲線

2.2 相對動彈模量

對7 d和28 d齡期不同大理石石粉摻量方案的試件進行動彈模量試驗，根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算獲取各方案試驗后的相對動彈模量，并繪制出相對動彈模量隨大理石石粉摻量的變化曲線，結果如圖2所示。由圖2可以看出，摻加大理石石粉方案試件的相對動彈模量顯著大于沒有摻加大理石石粉方案，由此可見，在混凝土中摻加一定量的大理石石粉，可以有效提升硫酸鹽侵蝕條件下水工混凝土的相對動彈模量，對提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能有利。從相對動彈模量的變化曲線來看，隨著大理石石粉摻量的增加，混凝土的相對動彈模量呈現(xiàn)出先增加后減小的變化特點，其原因與質量損失率類似，這里不再敷述。從具體數(shù)值來看，當大理石石粉的摻量為15%時，混凝土的相對動彈模量值最大，為最佳摻量。

圖2 相對動彈模量變化曲線

2.3 抗壓強度

對7 d和28 d齡期不同大理石石粉摻量方案的試件進行抗壓強度試驗，根據(jù)測試數(shù)據(jù)計算獲取各方案試驗后的抗壓強度耐蝕系數(shù)，并繪制出抗壓強度耐蝕系數(shù)隨大理石石粉摻量的變化曲線，結果如圖3所示。由圖3可以看出，摻加大理石石粉方案試件的抗壓強度耐蝕系數(shù)顯著大于沒有摻加大理石石粉方案，由此可見，在混凝土中摻加一定量的大理石石粉，可以有效提升硫酸鹽侵蝕條件下水工混凝土的抗壓強度值，對提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能有利。從圖3可以看出，隨著大理石石粉摻量的增加，混凝土的抗壓強度耐蝕系數(shù)呈現(xiàn)出先增加后減小的變化特點，當大理石石粉的摻量為15%時，混凝土的抗壓強度耐蝕系數(shù)最大，為最佳摻量。

圖3 抗壓強度耐蝕系數(shù)變化曲線

3 結語

此次研究通過室內試驗的方式，探討了大理石石粉對水工混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的影響：在水工混凝土中摻加一定量的大理石石粉，可以有效提升混凝土的相對動彈模量和抗壓強度耐蝕系數(shù)，減小其質量損失率，對提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能有利；當大理石石粉的摻量為15%時，混凝土的相對動彈模量和抗壓強度耐蝕系數(shù)最大，質量損失率最小。建議在工程應用中摻入15%左右的大理石石粉，以獲得最佳抗硫酸鹽侵蝕性能。