＊趙磊 安平 丁偉

（山東交工建設(shè)集團(tuán)有限公司 山東 276826）

我們常見(jiàn)的花崗巖一般情況下主要是由長(zhǎng)石、石英和比較少量的云母等礦物組成的。在我國(guó)是分布十分廣泛的石材資源，花崗巖種類繁多，畢竟儲(chǔ)量巨大?；◢弾r的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，常見(jiàn)的在園林設(shè)計(jì)、建筑外墻裝飾、抗酸堿材料和公路路基修筑等領(lǐng)域。在我國(guó)眾多石材企業(yè)生產(chǎn)的花崗巖板材產(chǎn)量高達(dá)5億平方米[1]，由于生產(chǎn)過(guò)程中生產(chǎn)方式的落后和生產(chǎn)設(shè)備的更新不及時(shí)，在生產(chǎn)花崗巖板材的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生高達(dá)1000萬(wàn)噸的花崗巖石粉[2]，不僅侵占大量土地而且容易揚(yáng)起粉塵，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)花崗巖石粉的處置問(wèn)題開(kāi)展了大量的研究工作[3]，得出三種處理方式：一是直接就地堆放簡(jiǎn)單粗放，對(duì)附近環(huán)境污染嚴(yán)重；二是將花崗巖石粉進(jìn)行懸浮挑選然后進(jìn)行工業(yè)分離并后期提純，這種處理方式是提純回收高純度的長(zhǎng)石和石英，但是在處理過(guò)程中會(huì)使用到強(qiáng)酸強(qiáng)堿對(duì)周邊環(huán)境造成二次污染，尤其是對(duì)周邊的地下水造成嚴(yán)重污染；三是將花崗巖石粉作為原材料應(yīng)用到生產(chǎn)涂料、陶瓷、玻璃和水泥等建筑材料產(chǎn)品中[4-5]。據(jù)研究報(bào)告顯示，第三種處理方式在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用效果俱佳。

基于此，該文將花崗巖石粉引入水泥漿體中，研究花崗巖石粉摻量對(duì)水泥漿體物理性能和力學(xué)性能的影響，進(jìn)而揭示花崗巖石粉對(duì)水泥漿體影響的作用機(jī)理，從而促進(jìn)花崗巖石粉作為原料或摻加劑在混凝土領(lǐng)域中的應(yīng)用。

1.原材料及試驗(yàn)方法

(1)原材料

水泥采用的是P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，其物理力學(xué)性能和礦物組成分別如表1、表2所示。

表1 水泥的物理力學(xué)性能

表2 水泥的化學(xué)成分（單位為%）

花崗巖石粉取自日照五蓮縣石材園區(qū)堆場(chǎng)，如圖1。測(cè)得堆場(chǎng)表面層花崗巖石粉的天然含水率在2%，堆場(chǎng)覆蓋層十公分以下花崗巖石粉的天然含水率在10%左右?；◢弾r石粉的主要化學(xué)成分為SiO2和Al2O3，含量達(dá)到70.24%和14.73%，此外還含有少量K2O、Na2O和CaO等成分?；◢弾r石粉的體積平均徑D（4，3）與表面平均徑D（3，2）差值較小，表明其顆粒粒徑分布均勻；表3中數(shù)據(jù)可知，花崗巖石粉的主要粒徑分布在10μm以下，約占總量的90%，0.6μm以下的顆粒占10%，中值粒徑D50為1.64μm。綜上分析，花崗巖石粉的粒徑分布較為窄，越接近正態(tài)分布，說(shuō)明花崗巖石粉的一致性越好，使用性能越好。

圖1 日照五蓮縣石材園區(qū)堆場(chǎng)

表3 花崗巖石粉的物理性質(zhì)

表4 花崗巖石粉的化學(xué)成分（單位為%）

表5 花崗巖石粉的礦物成分（單位為%）

表6 花崗巖石粉水泥砂漿配合比

表7 花崗巖石粉基輕質(zhì)填料流動(dòng)度結(jié)果

(2)試驗(yàn)方法

①施工和易性

依據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》和《鐵路后張預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件》測(cè)定燒結(jié)法赤泥凈漿流動(dòng)度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先調(diào)整漏斗確保漏斗水平，將漏斗底口進(jìn)行封閉操作。然后將均勻攪拌處理后的含花崗巖石粉水泥漿體勻速均勻傾倒入漏斗內(nèi)部，當(dāng)表面觸及點(diǎn)測(cè)規(guī)下端［（1725±5）mL漿體］時(shí)停止傾倒。快速開(kāi)啟漏斗底口，讓含花崗巖石粉的水泥漿體自由流出，記錄含花崗巖石粉的水泥漿體全部流出所用的時(shí)間，即為含花崗巖石粉的水泥漿體的流動(dòng)度，如圖2所示。

圖2 含花崗巖石粉的水泥漿體的流動(dòng)度試驗(yàn)

②輕質(zhì)性

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)評(píng)價(jià)材料性能，可以將其概述為：A.輕質(zhì)性：0.65～1.0g/cm3。B.可調(diào)節(jié)性：容重和強(qiáng)度可根據(jù)工程需要調(diào)整。C.凝結(jié)直立性：凝結(jié)硬化后可直立，可直立填筑。D.高流動(dòng)性：可遠(yuǎn)距離泵送或在狹小空間內(nèi)填充。E.耐久性：屬水泥類材料，耐久性與普通混凝土類似。F.良好施工性：現(xiàn)澆可自流平、自硬化，不需機(jī)械攤鋪、碾壓或振搗?；◢弾r石粉原材料澆筑成型后的輕質(zhì)免碾壓回填材料是一種微孔型材料，如圖3所示。

圖3 花崗巖石粉基輕質(zhì)填料立方體試塊

③高強(qiáng)度特性

利用70.7mm×70.7mm×70.7mm的帶底試模，直接澆筑制備試塊不振動(dòng)、不搗實(shí)。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)環(huán)境中養(yǎng)護(hù)根據(jù)齡期要求進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

如圖4所示，含花崗巖水泥立方體的抗壓強(qiáng)度按照公式（1）計(jì)算。

圖4 花崗巖石粉無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)過(guò)程圖

其中，fm,cu是含花崗巖水泥立方體抗壓強(qiáng)度（MPa），應(yīng)精確至0.1MPa；Nu是試件被破壞時(shí)荷載值（N）；A是試件承壓面積（mm2）；k是換算系數(shù)，一般取1.35。在不同含水率和水泥劑量條件下得到的試件7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度。

2.結(jié)果分析

(1)摻入花崗巖石粉對(duì)試樣質(zhì)量的影響

當(dāng)含花崗巖石粉的水泥漿體用作路基工程填筑時(shí)，可以根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際需要，通過(guò)調(diào)整部分材料的配比來(lái)滿足，比如可以通過(guò)調(diào)整水泥用量來(lái)滿足流動(dòng)性，可以通過(guò)摻加某種添加劑來(lái)控制調(diào)節(jié)含花崗巖石粉的水泥漿體的干密度為0.5～1.0g/cm3，含花崗巖石粉的水泥漿體的抗壓強(qiáng)度為0.8～4.5MPa。經(jīng)過(guò)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)可以得知在一般公路工程中，干密度選用0.5～0.85g/cm3，無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度常選用1.0～2.0MPa。

(2)摻入花崗巖石粉對(duì)流動(dòng)度的影響

從上表中可以看出，花崗巖石粉的含量為A＜B＜C＜D，試樣的流動(dòng)度數(shù)值是呈現(xiàn)增大趨勢(shì)?；◢弾r石粉輕質(zhì)填料的流動(dòng)性好，可通過(guò)管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離泵送或者用水泥罐車運(yùn)輸。當(dāng)工程需要澆筑點(diǎn)和拌合場(chǎng)分離開(kāi)來(lái)，作業(yè)面要小的時(shí)候可以采取管道泵送。由此可以得出，該工藝可以實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離施工，同時(shí)在比較狹小的施工空間或者長(zhǎng)管道具有施工優(yōu)勢(shì)；該工藝可以實(shí)現(xiàn)自硬化和自流平，并且能夠保證很好的自密實(shí)性，根本不需要機(jī)械作業(yè)來(lái)碾壓、振搗和攤鋪等流程；該工藝對(duì)周邊居民的生活干擾較小屬于環(huán)境友好型技術(shù)。

(3)摻入花崗巖石粉對(duì)水泥漿體強(qiáng)度的影響

根據(jù)表8的數(shù)據(jù)可以分析，在摻加花崗巖石粉對(duì)水泥漿體進(jìn)行改良時(shí)，試樣的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨花崗巖石粉摻量的改變并無(wú)明顯變化，試驗(yàn)中部分試樣全部破碎，并未測(cè)得無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度數(shù)值。

表8 花崗巖石粉輕質(zhì)填料無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度結(jié)果

根據(jù)表8分析得出，花崗巖石粉主要活性成分為鋁硅酸鹽（黏土礦物在高溫下形成），此物質(zhì)為氧化硅與氧化鋁組合形成的無(wú)定形物質(zhì)，氧化硅與氧化鋁在高溫條件下可形成一定的水合硅酸鈣。由此可以得出，在單獨(dú)摻加花崗巖石粉時(shí)，花崗巖石粉本身和水泥沒(méi)有直接水化反應(yīng)的現(xiàn)象，所以摻加的花崗巖石粉在改性水泥漿體中起到了一定的填充和強(qiáng)化的作用。從表格數(shù)據(jù)中可以得出，在一定范圍之內(nèi)，花崗巖石粉改性水泥漿體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度隨著花崗巖石粉的摻量增加而減小。

3.結(jié)論

（1）摻入花崗巖石粉，水泥漿體的質(zhì)量減少了，更適合于需要輕質(zhì)混凝土材料的工程中和建造輕質(zhì)混凝土工程。

（2）摻入花崗巖石粉，流動(dòng)性好了。表明可通過(guò)管道進(jìn)行遠(yuǎn)距離泵送或者用水泥罐車運(yùn)輸。這種施工工藝可以實(shí)現(xiàn)自硬化和自流平，對(duì)周邊環(huán)境具有友好性，對(duì)周邊生活區(qū)具有較小的干擾，有著可以管道或比較狹小空間施工的優(yōu)勢(shì)，有著長(zhǎng)距離施工的優(yōu)勢(shì)。

（3）摻入花崗巖石粉，無(wú)論是花崗巖石粉還是水泥的溶解均不能提供相應(yīng)的水化條件，故本次試驗(yàn)中其主要起到一定的填充作用，并無(wú)發(fā)生水化反應(yīng)，故隨著產(chǎn)量的改變，花崗巖石粉改性水泥漿體的無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度改變較小。