孫明良，李國新，梁麗敏

（1.西安建筑科技大學材料與礦資學院 陜西 西安 710055）

（2.云南建投綠色高性能混凝土股份有限公司 云南 昆明 650501）

0 引言

砂石骨料作為混凝土主要原材料，近年來隨著房地產(chǎn)和基礎設施建設的快速發(fā)展，市場對砂石骨料的需求也隨之快速增長，多年來對天然砂資源的過度開采導致滿足要求的天然砂資源越來越少。在現(xiàn)實石灰?guī)r開采和骨料生產(chǎn)過程中，除了碎石外，還產(chǎn)生大量石屑，石屑與天然砂有著相似的物理性質，是比較適宜的代砂材料，研究和探索將石屑作為細骨料制備石屑混凝土[1-8]，將是緩解現(xiàn)有砂石資源供求關系、解決石屑占用土地和對環(huán)境污染的有效途徑。由于石屑中含有還有天然砂所沒有的石粉。適量的石粉摻入混凝土，能夠更好的提高混凝土的密實度，進而提高混凝土的綜合性能。但石屑中石粉含量通常較高，有些甚至達到30%，石粉含量越高，混凝土需水量越高，開裂風險也會增大，勢必會對混凝土耐久性能產(chǎn)生影響[9]。通過人為模擬配比石屑，研究不同石粉摻量對石屑混凝土綜合性能的影響，以期合理高效利用石屑，提高石屑混凝土綜合性能的目的。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

1.1.1水泥

云南開遠某有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，其性能指標見表1。

表1 水泥的物理力學性能表

1.1.2粗集料

粗集料各項性能檢測及篩分結果見表2和表3。

表2 粗集料性能檢測結果表

表3 粗集料篩分結果表

1.1.3細集料

細集料各項性能檢測及篩分試驗結果如表4和表5所示。

1.1.4外加劑

表4 細集料性能檢測試驗表

表5 細集料篩分試驗結果表

上海三瑞生產(chǎn)聚羧酸高效減水劑（PC），固含量17%，飽和摻量條件下減水率18.3%。

1.1.5石粉

瓜子石研磨40min后過80μm篩石粉，采用昆明理工大學真空冶金國家工程實驗室比表面及孔隙度測定儀（NOVA-2200E）測試。實驗結果見表6所示。

1.1.6 拌合用水

昆明市生活自來水。

1.2 配合比與試驗方法

1.2.1混凝土配合比

混凝土工作性能檢測《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GBT50080-2002進行，由于石屑細度模數(shù)較大，因此摻加一部分水洗山砂并通過調整得到石粉含量為9%、16%、20%、25%和30%的石屑A、B、C、D、E配制混凝土，調整外加劑摻量使坍落度達到（200∶20）mm，研究不同石粉含量的石屑對石屑混凝土耐久性能的影響。不同石粉含量石屑試配情況如下表7，實驗配合比見表8。

表7 不同石粉含量石屑試配情況表

表8 混凝土試驗配合比表

1.2.2 試驗方法

采用《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T50082中的平板式限制收縮開裂試驗方法。其原理是在混凝土試模中放入數(shù)個的誘導開裂三棱體，混凝土澆筑后通過光照產(chǎn)生高溫，并在風吹情況下加速混凝土表面的水分損失，這樣就可以加速混凝土表面水分的蒸發(fā)，進而促使混凝土表面沿著誘導開裂的三棱體產(chǎn)生裂縫，最后通過測試裂縫寬度及開裂面積就可直觀評價混凝土抗裂性能；抗水滲透試驗及（電通量法）分別使用的中國建筑科學研究院建材所開發(fā)的CABRRCP9型混凝土電通量測試儀和CABR-BSY型真空飽水儀，參考《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》GB/T50082中的氯離子滲透試驗方法進行，抗氯離子滲透實驗其原理是將混凝土試件兩端分別浸泡在一定濃度的NaCl和NaOH溶液中，然后向溶液電極兩端通入一定的直流電壓，從而促使氯離子加速在試件中遷移，用一定時間內通過試塊的電量多少來反映試塊抗氯離子滲透性優(yōu)劣?；炷凉ぷ餍阅?、力學性能分別按照GB/T50080—2011《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》、GB/T50081-2016《普通混凝土力學性能試驗方法標準》。

2 試驗結果與分析

2.1 石粉摻量對石屑混凝土工作性及力學性能的影響

通過人工調整得到石粉含量為9%、15%、20%、25%和30%的石屑A、B、C、D、E配制混凝土，調整外加劑摻量使坍落度達到（200∶20）mm，試驗結果見表9所示。

表9 石粉含量對混凝土強度及聚羧酸摻量的影響表

石屑混凝土早期強度增長較明顯。石粉含量達到15%時，石屑混凝土早期強度達到拐點，石粉含量繼續(xù)增加時，早期強度不再增加，呈下降趨勢。當石屑中石粉含量為15%時，相對9%石粉含量，石粉的增加填充了拌合物之間的空隙，增強了混凝土的密實性，從而提高混凝土強度；在拐點以后繼續(xù)增加石粉含量時，石粉的增加對改善混凝土內部的毛細孔孔結構不再起促進作用，因此混凝土強度也不再增加，反而由于石粉含量的增加，降低了漿骨料比例，從而降低混凝土早期強度。

石粉含量為30%時混凝土3d強度較基準混凝土提高22.6%，混凝土7d強度較基準混凝土提高17.7%，混凝土28d強度較基準混凝土提高5.5%。由此得到，石粉含量對混凝土早期強度影響較為明顯。其原因是石屑中的石粉在水泥水化過程中起到了晶核作用（晶核效應），加速了水泥中C3S的水化。當C3S開始水化時，便大量釋放出Ca2+，Ca2+具有比[SiO4]4-離子團高得多的遷移能力，根據(jù)吸附理論，首先發(fā)生CaCO3微粒表面對Ca2+的吸附作用，由于C-S-H和Ca（OH）2在CaCO3表面上大量生長，導致C3S顆粒周圍Ca2+離子濃度降低，使C3S水化加速，從而加速了水泥的水化，漿體水化產(chǎn)物增多，使得混凝土早期強度提高；而后期，石灰石粉抑制了水泥水化，并使?jié){體孔結構由小孔向大孔轉變，產(chǎn)生的孔粗化效應又使混凝土強度降低，當石灰石粉摻量超過一定范圍，則是由于水泥量相對太少，水化產(chǎn)物減少，因此對混凝土強度改善效果不明顯。

2.2 石粉摻量對石屑混凝土早期開裂性能的影響

混凝土早期抗裂性能等級劃分如下表10所示，表11為不同石粉含量早期開裂實驗數(shù)據(jù)。

表10 混凝土早期抗裂性能的等級劃分表

表11 混凝土的早期開裂性試驗結果

不同石粉含量的石屑配制出來的混凝土單位面積上的總開裂面積C均遠大于1000，無論哪種石粉含量的石屑配制出的混凝土抗裂性能均比較差。在石屑中的石粉含量從9%增加到15%時，混凝土單位面積上的總開裂面積C是降低的，這主要是由于15%石粉含量配制出的混凝土級配更合理，因此混凝土密實性更好，減小了混凝土的開裂，之后隨著石屑中的石粉含量增加，混凝土單位面積上的總開裂面積C逐漸增大，并且石屑中石粉含量從15%增加到20%時單位面積上的總開裂面積C增加5%，增加幅度不是很大，之后石屑中的石粉含量從20%增加到25%甚至30%時，混凝土單位面積上的總開裂面積C急劇增加，石粉含量為30%時達到最大的3281mm2/m2，增加幅度達到53.6%。

2.3 石粉摻量對石屑混凝土抗水滲透性能的影響

抗水滲透實驗結果如表12，圖3所示。

結合表12：石屑中石粉含量為9%時，滲水高度最大，達到27mm，此時混凝土抗水滲透性能最差；隨著石屑中石粉含量繼續(xù)增加，達到15%時，混凝土滲水高度最低，僅有11mm，抗水滲透性最好；當石屑中石粉含量達到15%并繼續(xù)增加時，混凝土滲水高度逐漸增高。

表12 抗水滲透試驗結果表

當石屑中石粉含量為9%時，混凝土拌合物漿體非常少，對骨料的包裹不足，拌合物級配較差，在混凝土硬化后，內部形成的大于50nm的有害孔較多，因此石屑中石粉含量為9%時，混凝土抗水滲透性能較差；當石屑中石粉含量增加到15%時，滲水高度最低，抗水滲透性能最好，這是因為隨著石屑中石粉含量的增加，豐富了拌合物漿體，混凝土拌合物級配明顯改善，工作性良好，硬化后混凝土中空隙減少，提高了混凝土密實性，也就提高了混凝土抗水滲透性能，另外由于石粉具有填充效應，使硬化后混凝土結構密實，提高混凝土抗水滲透性；但是繼續(xù)增加石屑中石粉含量時，體系中石粉與水泥比例過大，水泥不足以完全填充砂與石粉所形成的空隙，不足以產(chǎn)生足夠的膠凝性，使得混凝土硬化后空隙增加，致使混凝土抗水滲透性降低，其次由于石粉比表面積非常大，必然導致包裹石粉所需用水量增加，使得可供水泥水化的水份降低，水泥水化不完全，混凝土硬化后產(chǎn)生孔隙較多，從而降低混凝土抗?jié)B性，另外過量石粉的引入，一部分石粉聚集在骨料表面，降低了骨料的粗糙程度影響了水泥石與骨料之間的膠結能力損害了界面的性能，因此降低了混凝土的抗?jié)B性。

2.4 石粉摻量對石屑混凝土抗氯離子滲透性能的影響

混凝土抗氯離子滲透電通量試驗評價標準見表13。

表13 混凝土抗氯離子滲透電通量試驗評價標準表

不同石粉含量石屑配制出的混凝土28d電通量均在2000~4000C之間，抗氯離子滲透性均屬中等水平；石粉含量為9%的機制砂配制的混凝土28d齡期電通量最大，達到3117.7C，隨后隨著石粉含量的增加，混凝土電通量呈現(xiàn)逐步上升的趨勢。

在水泥—水體系中，隨著水泥粒子的不斷水化，水化物的體積要大于未水化時水泥粒子的體積，這樣水化物除了占有原來水泥粒子所占有的空間外，還有一部分水化物要占有原來的充水空間，而沒有被水化物占有的原充水空間就形成了毛細孔，而毛細孔隙又是引起混凝土滲透的最直接原因。

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)當石屑中的石粉含量為9%時，配制出的混凝土粘聚性不好，石屑砂不能夠充分包裹粗集料，也無法充分填充集料間的空隙，同時拌合物漿體非常少，因此無法填充充水空間，導致混凝土孔隙率較高，從而使得9%石粉含量的石屑配制出的混凝土電通量較高；當石屑中的石粉含量繼續(xù)增加到15%時，配制出的混凝土漿體明顯增多，混凝土和易性得到明顯改善，提高了混凝土的密實性，降低了混凝土滲透性能，因此電通量明顯降低；而隨后隨著石屑中石粉含量的增加，混凝土的電通量呈現(xiàn)整體上升的趨勢，這是因為氯離子在混凝土中的滲透主要是通過其中漿體進行的，隨著石屑中石粉含量的增加，混凝土中漿體量隨之增多，從而氯離子在混凝土中的遷移通道增多，導致混凝土電通量增大。

3 結語

（1） 石屑混凝土電通量均在2000~4000C之間，抗氯離子滲透性能屬中等。9%石粉含量石屑電通量最大，達到3117.7C，15%石粉含量石屑電通量最小，隨后隨著石屑中石粉含量的增加，石屑混凝土電通量逐漸增加。石屑中一定量的石粉可以改善石屑混凝土抗氯離子滲透性能，石屑中過量的石粉會降低石屑混凝土抗氯離子滲透性能。

（2） 采用逐級加壓法到1.3MPa，5組石屑混凝土抗水滲透實驗試塊頂端均未出現(xiàn)滲水情況，石屑混凝土抗水滲透性能良好。9%石粉含量石屑混凝土抗水滲透性能最差，15%石粉含量石屑抗水滲透性能最好，之后隨著石屑中石粉含量繼續(xù)增加，石屑混凝土抗水滲透性能變差。

（3）石屑混凝土的抗裂性能不好，均屬Ⅰ級。15%石粉含量石屑混凝土開裂面積最小，之后隨著石屑中石粉含量的增加，開裂面積逐漸增大，30%石粉含量石屑混凝土開裂面積最大。石屑中石粉含量從25%增加到30%時，石屑混凝土單位總開裂面積急劇增加，增加幅度達到53.6%。