李曉寧 李婷 瞿海洋 朱玉雪

（1中建材中巖科技有限公司，北京 100024；2中國建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100024）

1 引言

隨著中國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)拌混凝土的大量應(yīng)用導(dǎo)致砂石資源嚴(yán)重短缺，采用機制砂代替天然砂進行砂漿混凝土的配制受到越來越多的重視[1]。但是機制砂的生產(chǎn)方式造成了其較高的石粉含量及含泥量，從而導(dǎo)致混凝土坍落度損失過快，影響施工和混凝土的性能與質(zhì)量。但是石粉在一定的應(yīng)用條件下，不但不會降低混凝土強度，還會填補混凝土骨料之間的空隙，起到一定的潤滑作用[2]，從而在一定程度上確?；炷帘Ｋ院驼尘坌訹3-5]。為了更好的將高石粉含量的機制砂應(yīng)用于混凝土中，滿足對高性能混凝土的要求，探究石粉對砂漿混凝土的影響具有重要意義。

通過相關(guān)文獻查閱[6，7]，影響石粉的質(zhì)量與性能的關(guān)鍵物性參數(shù)有：巖性、顆粒大小及分布、比表面積、含泥量和反應(yīng)活性。本研究通過選取不同的試驗方法分別探究各關(guān)鍵物性參數(shù)，通過各試驗結(jié)果的對比，確定適宜的試驗方法，同時為探究石粉對砂漿混凝土的影響打下基礎(chǔ)。

2 試驗原材料與測試方法

2.1 試驗原材料

研究共收集到6種石粉，分別為石灰石粉、花崗巖石粉、重晶石粉及3種玄武巖石粉。其中石灰石粉來自試驗室購買的外加劑檢驗用細(xì)集料經(jīng)破碎粉磨制得；花崗巖與重晶石粉為市售石粉；玄武巖石粉為市售細(xì)集料經(jīng)實驗室破碎粉磨制得。

此外，石灰石粉活性指數(shù)試驗用水泥為山東中聯(lián)水泥生產(chǎn)的P.I. 42.5級基準(zhǔn)水泥，主要性能指標(biāo)如表1所示。

2.2 試驗測試方法

2.2.1 石粉基本巖性

不同巖性的礦物摻合料其本質(zhì)區(qū)別即具有不同的礦物成分含量，研究通過XRD和XRF測試將礦物成分進行定性和定量分析。試驗采用 Bruker D8-Advance X射線衍射儀對石粉礦物成分進行測試，X射線衍射儀工作參數(shù)：Cu靶，管電壓40kV，管電流30mA，步長0.02°；采用島津XRF-1800 X射線熒光光譜分析儀對石粉的化學(xué)組成進行測試。

2.2.2 石粉顆粒大小及分布

參照GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》，采用45μm的篩余來表征；同時采用激光粒度分析儀對石粉的粒徑分布進行測試。

2.2.3 石粉比表面積

參照GB/T 8074-2008《水泥比表面積測定方法 勃氏法》，進行石粉比表面積的測定；采用TriStar II 3020 高速自動比表面積及孔隙度分析儀進行BET氮吸附法比表面積測試；根據(jù)激光粒度分析儀測定的石粉顆粒分布結(jié)果，通過計算機計算得到比表面積數(shù)值。

表1 P.I.42.5級基準(zhǔn)水泥主要性能指標(biāo)

2.2.4 石粉含泥量

研究采用MB值表征材料含泥量的高低。根據(jù)GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》和GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》進行亞甲基藍(lán)光暈測試，主要區(qū)別為前者需要將石粉與一定量的標(biāo)準(zhǔn)砂混合均勻而后者是直接將材料溶于水形成懸濁液進行測試。一種新測試方法是利用分光光度計[8]，測試懸濁物質(zhì)上清液的吸光度，反推溶液中的亞甲基藍(lán)濃度，再通過公式計算出MB值。

2.2.5 反應(yīng)活性

根據(jù)GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》及GB/T 18736-2017《高強高性能混凝土用礦物外加劑》中規(guī)定的活性指數(shù)的測試方法，采用受檢膠砂和基準(zhǔn)膠砂在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護至相同規(guī)定齡期的抗壓強度之比，表示其活性指數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 石粉基本巖性分析

不同巖性石粉的化學(xué)組成分析如表2所示。

表2 不同巖性石粉的XRF測試結(jié)果

由表1可知，不同巖性的石粉其氧化物質(zhì)的含量各不相同；而同一巖性的石粉，如玄武巖石粉，氧化物質(zhì)的成分基本相同，只是不同氧化物質(zhì)的含量有所差別。

不同巖性石粉的XRD圖譜如圖1所示。

結(jié)果表明，石灰石粉98%的成分為CaCO3；花崗巖43%的成分為SiO2，19%的成分為Fe2O3，14%的成分為CaO，結(jié)合XRD圖譜可知，其主要成分為長石和石英；重晶石的XRD數(shù)據(jù)表明主要存在著BaSO4、CaCO3、SiO2三種礦物，結(jié)合XRF數(shù)據(jù)顯示，重晶石石粉BaO含量不高推測可能摻加了石灰石粉；三種玄武巖石粉的化學(xué)成分相近但含量不同，主要包括SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO等，且玄武巖的Na2O和K2O含量明顯比其他種類的石粉高，XRD圖譜表明，3種玄武巖石粉主要由以鈉長石、硅酸鎂為主要成分的橄欖石、磁鐵礦等組成。

在將石粉作為摻合料應(yīng)用于混凝土?xí)r，可根據(jù)礦物相成分與水泥水化產(chǎn)物的組成，進一步分析石粉對混凝土性能的影響原因。

圖1 不同巖性石粉的XRD測試結(jié)果

3.2 石粉顆粒大小及分布

采用篩分法測定石粉45μm的篩余值，結(jié)果如表3所示。采用激光法測定的石粉粒度分布結(jié)果見表4。

表3 篩分法測定不同巖性石粉篩余值

表4 不同巖性石粉的激光粒度分析法測試結(jié)果

由測試結(jié)果可知，石灰石粉在0～50μm的顆粒占比達(dá)到100%，與篩分法結(jié)果較為吻合；花崗巖大于11μm的顆粒占比達(dá)99%以上，大于50μm的顆粒占比達(dá)超過64%，說明其大尺寸顆粒的分布較大，與45μm篩余結(jié)果差距較大；尾礦砂0～50μm的顆粒占比約67%，篩分法測得的0～45μm的顆粒占比約22%，二者差距較大；白云巖在0～50μm的顆粒占比達(dá)92%，篩分法測得的0～45μm的顆粒占比約48%，二者差距較大；重晶石0～50μm的顆粒占比約73%，篩分法測得的0～45μm的顆粒占比約90%，二者差距相對較??；3種玄武巖石粉采用激光法測得的0～50μm的顆粒占比為63%左右，采用篩分法測得的0～45μm的顆粒占比為81%左右，規(guī)律相似，且顆粒大小均處于石灰石和花崗巖之間。

篩分法只能測出規(guī)定目數(shù)篩子的篩余，適合制備一定目數(shù)的石粉樣品，因此用于評價樣品細(xì)度較為合適，而激光粒度分析法將一種樣品的粒徑分布和粒徑大小以數(shù)值直觀地表現(xiàn)出來，適合用來評價石粉的粒徑分布，對設(shè)計優(yōu)化顆粒級配具有指導(dǎo)意義。

3.3 石粉比表面積

分別采用BET氮吸附法、勃氏比表面積測試法及激光粒度分析計算法測定石粉的比表面積，結(jié)果見表5。

表5 利用不同測試方法測定石粉比表面積結(jié)果

由結(jié)果對比可知，三種測試方法的結(jié)果值沒有可比性。BET氮吸附法采用氣體吸附，石粉顆粒表面的細(xì)小空隙也會將氮氣吸附，因此測試結(jié)果會偏大，此外BET氮吸附法需經(jīng)高溫脫氣數(shù)小時，耗時較長且操作繁瑣；勃氏法因受到比表面積儀參數(shù)、實驗人員壓實手法、石粉密度測定等中間過程的影響，導(dǎo)致測試結(jié)果會存在偏差；激光法是通過測試粒度分布形成的曲線，計算曲線積分面積從而得到比表面積，受其它條件影響較小，并且可將石粉的不同粒度分布范圍直觀地測試出來，同時得到石粉顆粒粒度分布和比表面積結(jié)果。

因此，石粉的比表面積采用激光法進行測定。

3.4 MB值

表6 不同標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)方法測試石粉MB結(jié)果

分別采用GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》、GB/T 14684-2011《建設(shè)用砂》及分光光度法測試，測試石粉的MB值，結(jié)果見表6。

由結(jié)果分析可知，分光光度法與GB/T 30190-2013測試的不同巖性石粉的MB值趨勢大體相同，但分光光度法測試步驟繁瑣，需多次稀釋溶液，產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)多，準(zhǔn)確性不高；GB/T 14684-2011測試的結(jié)果波動較大，趨勢與其余兩種測試方法差別較大，此外測試結(jié)果明顯偏高，測試結(jié)果與實際應(yīng)用的相關(guān)性不大。因此，石粉的MB值選擇采用GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》中的測試方法進行測定。

3.5 活性指數(shù)

按照GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》中的試驗方法測定石粉的活性指數(shù)，結(jié)果見表7。

表7 不同巖性石粉活性指數(shù)

結(jié)果表明，花崗巖和重晶石屬于低活性摻合料，7d活性指數(shù)為55%和65%，28d活性指數(shù)為55%和61%。玄武巖和石灰石具有相對較高的活性，7d活性指數(shù)為72%、75%、73%、70%，28d活性指數(shù)為64%、67%、62%、63%。采用GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》中的試驗方法，不僅適用于石灰石粉，也可借鑒用于反映不同巖性石粉的活性，為進一步研究石粉在混凝土中的應(yīng)用提供了重要依據(jù)。

4 結(jié)論

針對不同巖性的石粉，采用不同測試方法測定了其巖性、細(xì)度、粒度分布、比表面積、MB值和活性指數(shù)，最終確定石粉的關(guān)鍵物性參數(shù)采用以下方法進行量化表征和評價：

1）石粉的巖性采用XRF與XRD相結(jié)合的方法進行定量與定性；

2）石粉的粒度分布和比表面積均采用激光粒度分析法進行測定，石粉的細(xì)度采用篩分法測定45μm篩余用以表征；

3）石粉的MB值和活性指數(shù)按照GB/T30190-2013《石灰石粉混凝土》中相應(yīng)試驗方法進行不同巖性石粉的測定。