邢 洋,劉 峰

(遼寧科技學(xué)院 資源與土木工程學(xué)院,遼寧 本溪 117004)

0 引言

混凝土是一種重要的建筑材料,隨著我國城市建設(shè)持續(xù)發(fā)展,對混凝土產(chǎn)量需求穩(wěn)步提升[1-2]。花崗巖石粉是花崗巖在磨光、切割或雕琢過程中產(chǎn)生的一種固體廢棄物[3]。改革開放后,我國經(jīng)濟取得巨大成績,建筑業(yè)不斷快速發(fā)展,對石材需求與日俱增,因此產(chǎn)生了大量花崗巖石粉[4-5]。過去花崗巖石粉常堆積在露天環(huán)境下,不僅占用寶貴的土地資源,且在季風(fēng)作用下極易產(chǎn)生揚塵天氣;花崗巖石粉隨降雨會滲入土壤中,破壞地下水水質(zhì),影響居民健康;此外花崗巖石粉滲入地下會影響農(nóng)作物生長,降低糧食產(chǎn)量。隨人類發(fā)展進入新階段,全球各國對環(huán)境保護越來越重視,因此如何有效利用固體廢棄物成為新時代的熱點課題[6-7]。

花崗巖石粉利用途徑主要有制備涂料、制備建筑瓷磚、制備陶瓷釉料和制備玻璃等,但上述利用方法對花崗巖石粉需求量較少,不能有效解決大量利用花崗巖石粉的問題,在混凝土中摻入部分花崗巖石粉可以有效地解決此問題[8-9]。花崗巖石粉混凝土理論研究較為匱乏,建設(shè)者對其工程性質(zhì)存在疑慮,這限制了花崗巖石粉混凝土工程應(yīng)用。針對此問題,本次試驗制備不同摻量花崗巖石粉混凝土試件,對其進行凍融試驗,分別測定不同凍融循環(huán)次數(shù)時花崗巖石粉混凝土試件抗壓強度、質(zhì)量損失率和動彈性模量,探討花崗巖石粉混凝土抗凍性能,為其工程應(yīng)用提供參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原料

工業(yè)與民用建筑中常采用的混凝土強度一般在30 MPa ～40 MPa之間,基于上述情況,本次試驗配制的混凝土立方體抗壓強度標準值控制在30 MPa左右。水泥為阜礦集團天廈水泥有限公司生產(chǎn)的標號為42.5普通硅酸鹽水泥(簡稱P·O42.5);試驗用水為普通自來水;減水劑為上海耀前建筑涂裝有限公司生產(chǎn)的SH-Ⅱ型高效高能無氯減水劑;粗骨料和細集料均采用本溪市當(dāng)?shù)亟ㄖ牧鲜袌龀鍪鄣暮细癞a(chǎn)品。本次試驗所用水泥基本物理力學(xué)性能指標見表1所示,粗骨料、細集料基本物理性能指標見表2所示,花崗巖石粉主要化學(xué)成分組成見表3所示。粗骨料、細集料和花崗巖石粉級配情況見圖1所示,分析粒徑關(guān)系可以看出石粉能有效補充細集料顆粒所形成的孔隙。

表1 水泥物理力學(xué)性能指標

表2 粗骨料、細集料基本物理性能指標

表3 花崗巖石粉主要化學(xué)成分(單位:%)

圖1 材料級配

1.2 試件制作與試驗過程

參考GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》[10],采用尺寸100 mm×100 mm×100 mm的立方體試件進行凍融試驗。為保證花崗巖石粉混凝土和易性,試驗所采用的配合比設(shè)計按照表4進行。本次試驗過程如下:首先制備花崗巖石粉混凝土試件,試件制備完成后立即采用保鮮膜將試件包裹,防止試件水分蒸發(fā),然后放在標準條件下養(yǎng)護28 d。本次凍融循環(huán)試驗采用快凍法,分別進行凍融循環(huán)25次、50次、75次、100次、125次和150次時的抗壓強度試驗、質(zhì)量損失率測定和動彈性模量測定,同時進行同齡期標準養(yǎng)護條件下花崗巖石粉混凝土試件的抗壓強度試驗。本次試驗總共制作5組試件,每組18個,每次抗壓強度測定以3個試件為1組,取其平均值作為最終試驗結(jié)果。試件編號分別為S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20,其中符號S后面數(shù)值表示水膠比,C后面數(shù)值表示花崗巖石粉與細骨料質(zhì)量比值百分數(shù)。

表4 花崗巖石粉混凝土配合比設(shè)計

2 結(jié)果分析

2.1 抗壓強度

通過測定不同凍融循環(huán)次數(shù)時花崗巖石粉混凝土試件抗壓強度,得到不同摻量情況下花崗巖石粉混凝土抗壓強度與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系如圖2所示。

圖2 花崗巖石粉混凝土抗壓強度

觀察圖2中曲線變化趨勢可以看出:花崗巖石粉混凝土抗壓強度與凍融循環(huán)次數(shù)呈負相關(guān),隨凍融循環(huán)次數(shù)增加,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件抗壓強度下降趨勢大體相同,但S52C0組試件在90次凍融循環(huán)后抗壓強度下降較為迅速。S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20試件凍融前抗壓強度分別為37.8 MPa、38.6 MPa、40.3 MPa、38.2 MPa和34.3 MPa,其中S52C10組試件抗壓強度最大,由此可以說明當(dāng)花崗巖石粉摻量為10%時,花崗巖石粉混凝土試件較為致密,抵抗凍融破壞能力較強。凍融循環(huán)150次后,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20試件抗壓強度與其凍融前抗壓強度比值分別為55.0%、59.1%、66.0%、62.2%和57.1%,其中S52C10組試件對應(yīng)的比值最大。對圖2中數(shù)據(jù)進行線性回歸分析可以得到S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件對應(yīng)的斜率分別為-0.116、-0.110、-0.093、-0.102和-0.106,其中S52C10組試件斜率最小,表明凍融循環(huán)過程中S52C10組試件抗壓強度下降最為緩慢。綜合以上結(jié)果可以說明花崗巖石粉摻量10%對應(yīng)的混凝土抵抗凍融破壞能力最強。

2.2 質(zhì)量損失率

通過測定不同凍融循環(huán)次數(shù)時花崗巖石粉混凝土試件質(zhì)量損失情況,得到不同摻量花崗巖石粉混凝土質(zhì)量損失率與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系如圖3所示。

圖3 花崗巖石粉混凝土質(zhì)量損失率

觀察圖3中曲線變化趨勢可以看出:花崗巖石粉混凝土質(zhì)量損失率與凍融循環(huán)次數(shù)呈正相關(guān),隨凍融循環(huán)次數(shù)增加,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件質(zhì)量損失率增加趨勢較為近似。當(dāng)凍融循環(huán)超過50次時,除S52C10組試件外,其余組試件質(zhì)量損失率呈現(xiàn)加速增長趨勢。凍融循環(huán)150次后,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件質(zhì)量損失率分別為3.95%、2.93%、1.81%、2.44%和3.52%,其中S52C10組試件質(zhì)量損失率最小。對圖3中數(shù)據(jù)進行線性回歸分析可以得到S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件對應(yīng)的斜率分別為0.025 7、0.019 3、0.013 4、0.016 6和0.021 5,其中S52C10組試件斜率最小,表明在凍融循環(huán)過程中該組試件質(zhì)量損失率增長最為緩慢。綜合以上結(jié)果可以說明當(dāng)花崗巖石粉摻量為10%時,花崗巖石粉混凝土試件較為致密,抵抗凍融破壞能力最強。

2.3 動彈性模量

通過測定不同凍融循環(huán)次數(shù)時花崗巖石粉混凝土試件動彈性模量,計算得到不同花崗巖石粉摻量混凝土相對動彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)關(guān)系如圖4所示。

圖4 花崗巖石粉混凝土相對動彈性模量

觀察圖4中曲線變化情況可以看出:花崗巖石粉混凝土相對動彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)呈負相關(guān),隨凍融循環(huán)次數(shù)增加,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件相對動彈性模量下降趨勢大體類似,但S52C0組試件相對動彈性模量下降較為迅速,可能是該組試件結(jié)構(gòu)密實程度較差。凍融循環(huán)150次后,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件相對動彈性模量分別為41.8%、60.3%、66.9%、64.8%和48.3%,其中S52C10組試件相對動彈性模量最大。 綜合以上結(jié)果可以說明花崗巖石粉摻量10%時,混凝土試件抵抗凍融破壞能力更強。

3 結(jié)論

針對花崗巖石粉混凝土進行了凍融循環(huán)試驗,測定了不同凍融循環(huán)次數(shù)時花崗巖石粉混凝土試件的抗壓強度、質(zhì)量損失率和動彈性模量,得到主要結(jié)論如下:

(1)花崗巖石粉混凝土抗壓強度與凍融循環(huán)次數(shù)呈負相關(guān),凍融循環(huán)150次時,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20試件抗壓強度與其凍融前抗壓強度比值分別為55.0%、59.1%、66.0%、62.2%和57.1%;

(2)花崗巖石粉混凝土質(zhì)量損失率與凍融循環(huán)次數(shù)呈正相關(guān),凍融循環(huán)150次時,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20組試件質(zhì)量損失率分別為3.95%、2.93%、1.81%、2.44%和3.52%;

(3)花崗巖石粉混凝土相對動彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)呈負相關(guān),凍融循環(huán)150次時,S52C0、S52C05、S52C10、S52C15和S52C20試件相對動彈性模量分別為41.8%、60.3%、66.9%、64.8%和48.3%,綜合以上數(shù)據(jù)可以說明花崗巖石粉摻量為10%時混凝土試件抵抗凍融破壞能力更強。