衛(wèi)晉生

（山西建筑工程集團(tuán)有限公司）

十四五以來(lái)，國(guó)家加大了對(duì)固體廢棄物重復(fù)利用的重視，頒布了一系列政策加強(qiáng)該問(wèn)題的解決措施。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)石材行業(yè)得到了快速發(fā)展，而石材廢料產(chǎn)生的粉末塵土對(duì)周邊居民造成嚴(yán)重的不利影響。因此，將其摻入混凝土中，是解決其去處的有效途徑[1-3]。故研究石材廢料對(duì)混凝土力學(xué)及耐久性能具有重要的實(shí)際意義。

目前，研究者已經(jīng)開(kāi)展了大量廢棄物類(lèi)混凝土性能方面的研究[4-6]。李翼研究了粉煤灰對(duì)混凝土抗裂性能的影響，認(rèn)為粉煤灰降低了干縮能力，提高了其抗裂能力[4]。楊靜和曾偉等人認(rèn)為一定量的粉煤灰可以有效提高透水混凝土的各項(xiàng)性能[5,6]。但是對(duì)大理石粉末、花崗巖粉末等石材廢料對(duì)混凝土各種性能的研究略顯不足?；谏鲜霰尘埃疚难芯苛瞬煌冶龋?.4、0.5、0.6）及不同大理石粉末摻量（0%、8%、16%、24%）下混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度、碳化強(qiáng)度及滲透系數(shù)的演變規(guī)律，為石材廢料混凝土的材料組成比例優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的經(jīng)驗(yàn)，助力高性能混凝土材料的研發(fā)工作。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

本文采用的原材料包括天然粗集料、河砂、水泥、減水劑、大理石粉末、水和粉煤灰。

⑴天然粗集料為石灰?guī)r碎石，5～25mm 粒徑范圍，級(jí)配合格。砂為河砂，細(xì)度模數(shù)為2.12，符合規(guī)范粒徑規(guī)定。

⑵水泥為強(qiáng)度等級(jí)42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，初凝時(shí)間為148min，終凝時(shí)間為251min，其他指標(biāo)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

⑶粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰，其密度為2.14g/cm3，細(xì)度為8.1。

⑷試驗(yàn)用水為自來(lái)水，減水劑為RSD-8 引氣減水劑，減水率≥40%。

⑸試驗(yàn)所用大理石粉末為大理石加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉末，比重為2.67。

1.2 混凝土配合比

透水混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[7]的要求進(jìn)行，混凝土配合比如表1 所示，根據(jù)表1 的配合比分析了不同水灰比條件下（0.4、0.5 及0.6）條件下大理石粉摻量（0%、8%、16%、24%）對(duì)混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度、碳化深度及滲透系數(shù)的影響規(guī)律。

表1 混凝土配合比(kg/m3)

1.3 測(cè)試方法

抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度測(cè)試方法參照規(guī)范GB/T 50081-2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]中規(guī)定的進(jìn)行。

抗氯離子滲透性能和抗碳化性能測(cè)試依照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)》[9]中規(guī)定的進(jìn)行。

2 大理石粉對(duì)混凝土力學(xué)性能影響研究

不同條件下混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1 所示，從圖1 中可以看出，混凝土的抗壓強(qiáng)度與大理石摻量呈現(xiàn)先正相關(guān)后負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)關(guān)系，且隨著水灰比的增加，兩者的相關(guān)關(guān)系變化趨勢(shì)更加顯著。這是由于大理石粉末在混凝土內(nèi)部代替了水泥的摻量，當(dāng)較低摻量時(shí)，大理石粉末可以沖當(dāng)細(xì)砂的作用，填充內(nèi)部的空隙，有效提升其密實(shí)度，進(jìn)而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。但是當(dāng)替代水泥過(guò)多時(shí)，內(nèi)部產(chǎn)生的水化產(chǎn)物過(guò)少，反而降低了混凝土的強(qiáng)度[10-11]?；炷恋目估瓘?qiáng)度與大理石摻量同樣呈現(xiàn)先正相關(guān)后負(fù)相關(guān)的趨勢(shì)關(guān)系，這與上述抗壓強(qiáng)度的演變規(guī)律一致。

圖1 力學(xué)性能與大理石粉摻量相關(guān)關(guān)系

3 大理石粉對(duì)混凝土耐久性能影響研究

3.1 大理石粉對(duì)混凝土碳化深度的影響研究

不同條件下混凝土碳化深度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2 所示。從圖2 中可以看出，混凝土的碳化強(qiáng)度與大理石摻量呈現(xiàn)先負(fù)相關(guān)后正相關(guān)的趨勢(shì)關(guān)系，且隨著水灰比的增加，兩者的相關(guān)關(guān)系變化趨勢(shì)更加顯著。這是由于較低摻量時(shí)，大理石粉末沖當(dāng)細(xì)砂的作用，填充內(nèi)部的空隙，減少了混凝土內(nèi)部聯(lián)通空隙數(shù)量，空氣中二氧化碳難以進(jìn)入混凝土內(nèi)部，因此碳化深度降低[12]。但是當(dāng)摻量超過(guò)一定量時(shí)，水泥摻量過(guò)低，減低了水化產(chǎn)物，反而降低了空隙，使得二氧化碳含量增加，增加了碳化深度。

圖2 混凝土碳化深度與大理石粉摻量相關(guān)關(guān)系

3.2 大理石粉對(duì)混凝土氯離子滲透性的影響研究

不同條件下混凝土氯離子滲透系數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖3 所示。從圖3 可以看出，混凝土的氯離子滲透系數(shù)與大理石摻量呈現(xiàn)先負(fù)相關(guān)后正相關(guān)的趨勢(shì)關(guān)系，且隨著水灰比的增加，兩者的相關(guān)關(guān)系變化趨勢(shì)更加顯著。這與碳化深度的變化規(guī)律一致。同樣是由于混凝土內(nèi)部不同摻量時(shí)下大理石粉末充當(dāng)?shù)淖饔貌煌?，?dǎo)致混凝土內(nèi)部空隙及滲透路徑有所變化[13-16]。結(jié)合抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及碳化深度與大理石粉末摻量的演變關(guān)系，整體上，本文測(cè)試條件下，最佳的大理石摻量為16%。

圖3 混凝土氯離子滲透系數(shù)與大理石粉摻量相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)石材行業(yè)得到了快速發(fā)展，石材廢料也造成了環(huán)境污染。目前，國(guó)家大力推行固體廢棄物的重復(fù)利用，將石材廢料摻入混凝土中是對(duì)其進(jìn)行二次利用的重要途徑之一。基于上述背景，本文研究了不同水灰比（0.4、0.5、0.6）條件下大理石粉末摻量（0%、8%、16%、24%）對(duì)混凝土抗壓、抗拉強(qiáng)度、碳化強(qiáng)度及滲透系數(shù)的影響，為石材廢料混凝土的材料組成比例優(yōu)化設(shè)計(jì)提供一定的參考，助推高質(zhì)量混凝土材料的研發(fā)工作。