石粉用作混凝土掺合料的初探

刘岩

(中铁十二局集团第一工程有限公司山西临汾041000)

石粉用作混凝土掺合料的初探

刘岩

(中铁十二局集团第一工程有限公司山西临汾041000)

本文采用比表面积、扫描电镜、活性指数和减水剂吸附量等方法分析了石粉的基本性质，并试验研究了石粉等量取代水泥和粉煤灰的混凝土性能。结果表明：石粉可以作为混凝土掺合料，但宜与粉煤灰复合使用，其取代粉煤灰的掺量不应超过25%。

石粉；掺合料；混凝土

1 引言

以粉煤灰和矿渣粉为代表的掺合料已成为混凝土不可或缺的组分，他们能显著改善混凝土的工作性能，提高混凝土强度，增加混凝土耐久性[1]。但是，随着我国城市建设的迅猛发展以及泵送混凝土的普及，粉煤灰和矿渣粉使用量明显增大，出现了供不应求的局面，商品混凝土企业常因掺合料短缺而苦恼。与此同时，随着机制砂应用的普及，产生了大量废弃物——石粉，不仅要占用堆放场地，而且还会污染环境，砂石企业为石粉出路而烦恼。

如果能将废弃的石粉作为混凝土掺合料使用，替代日益紧缺的粉煤灰和价格昂贵的矿渣粉，对于解决实际工程的原材料紧缺问题、降低工程造价以及对环保等将具有重大的现实意义。

因此，本文通过对石粉基本性质的分析以及石粉取代水泥、粉煤灰对混凝土性能影响的研究，来探讨石粉用作混凝土掺合料的可行性。

2 试验材料及方法

2．1 试验材料

石粉：根据石粉的定义(粒径小于0．075mm)，将重庆关兴砂石厂所产机制砂通过0．075mm方孔筛，获取试验用石粉。

粉煤灰：粉煤灰采用重庆珞璜电厂的Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表1。

表1 粉煤灰的基本性能

水泥：试验采用华新P·O42．5水泥，基本性能见表2。

集料：采用重庆市混凝土普遍使用的复合砂作为细集料，其中天然砂为湖北枝江砂（细度模数1．0），机制砂为中梁山机制砂（细度模数3．5），特细砂和机制砂按照1:1的比例配成混合砂，细度模数2．6。

粗集料采用中梁山石灰石碎石，为5～10mm和10～20mm二级配粒级，两种粒级按3:7的比例搭配。

2．2 试验方法

比表面积测定：石粉、水泥和粉煤灰的比表面积按照GB/ T8074—2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》测定。

SEM分析：石粉、水泥和粉煤灰的表面微观形貌采用FEI Nova 400场发射扫描电子显微镜测定。

活性指数测定：石粉、水泥和粉煤灰参照《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T18736-2002）中的活性指数的方法测定。

外加剂吸附量测定：用北京普析通用公司TU-1901紫外-可见分光光度计对浓度为5g/L聚羧酸减水剂(TS-PC)母液进行全波长扫描以确定其最大吸收波长，在最大吸收波长下测定不同浓度的TS-PC溶液的吸光度绘制标准工作曲线。再配制一定浓度c0(g/L)的TS-PC溶液，准确称取1g样品（水泥、粉煤灰、矿渣粉和石粉），按质量比水∶样品=100∶1与一定体积V (mL)TS-PC溶液混合均匀，静置30min待达到吸附平衡后，用800型溶液沉淀器高速离心5min以去除悬浮颗粒，取清液稀释使之符合朗伯—比尔定律的浓度要求，测定吸光度，通过标准工作曲线测出TS-PC吸附后浓度C1，根据吸附前后浓度按以下公式计算样品对TS-PC的吸附量。

Γ∞=V×(c0-c1)/m

式中，Γ∞为TS-PC在水泥颗粒表面的单位吸附量，mg/g；V为TS-PC溶液体积，mL；c0为TS-PC初始浓度，g/L；c1为样品吸附TS-PC后的浓度，g/L；m为样品质量，g。

3 试验结果讨论

3．1 石粉的基本性质

3．1．1 石粉的比表面积

筛取了12个机制砂样品中的石粉（0．075mm筛），测试了石粉的比表面积，结果显示，筛后石粉比表面积基本上介于310～330m2/kg，略低于珞璜Ⅱ级粉煤灰（410m2/kg），与华新水泥的比表面积接近（330m2/kg）。此外，根据王稷良的研究结果[3]，石粉的粒度介于水泥和粉煤灰之间。因此，在混凝土中加入石粉可以增加胶凝材料浆体，填充砂石空隙，发挥矿物掺合料的“填充效应”。

3．1．2 石粉的形貌

粉煤灰颗粒以规则的球形颗粒为主，颗粒外表致密、圆滑（见图1）；对于石粉而言，其形貌接近于水泥颗粒形貌，颗粒形状不规则、多棱角，因此石粉颗粒需要更多的包裹水。这也是通常机制砂中含有大量石粉或掺加石粉时，混凝土的需水量大幅增加或混凝土的保水性明显提高的重要原因。

3．1．3 石粉的活性

图1 石粉、水泥和粉煤灰的颗粒形貌

试验参照《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/ T18736-2002）中的活性指数的方法，测定石粉的活性指数，并与重庆珞璜电厂出品的Ⅱ级粉煤灰的活性指数以及惰性石英粉进行对比，试验结果见表3。

表3 石粉的活性指数

从表2和图2的结果可以看出，石粉的活性指数明显低于粉煤灰，这是由于粉煤灰具有火山灰活性，能进行二次水化生成水化硅酸钙从而形成强度，故有较高的活性。

但是，与惰性石英粉相比，石粉又具有一定的活性，只是活性较低。石粉具有活性的原因为：一方面，石粉中的CaCO3参与C3A的水化反应生成水化碳铝酸钙(C3A·CaCO3·11H2O)，阻止钙矶石向单硫型转化；另一方面，石粉还能起到晶核作用，诱导水化产物析晶，加速水泥水化晶核的均匀分布，匀化作用能够提高有效结晶产物含量而提高强度，石粉作为晶核在水泥浆中的均匀分布，对混凝土强度有提高作用。

3．1．4 石粉对减水剂的吸附性

试验比较了不同减水剂浓度条件下不同掺合料对减水剂的吸附量，结果见图2。可以看出，随着减水剂的浓度的增加，水泥和掺合料对减水剂的吸附量随之增加。在减水剂浓度一定的情况下，减水剂吸附量大小顺序为：水泥＞粉煤灰＞矿渣粉＞石粉。

对于石粉，其对减水剂的吸附量很小，远远小于水泥和其他掺合料，即使减水剂浓度成倍增加，石粉对减水剂的吸附量也增加不多，说明石粉对外加剂的吸附量很小。这是由于一方面重庆地区石粉的成分单一，主要为石灰石颗粒，没有多孔杂质存在，不会对减水剂产生强烈吸附；另一方面，石粉为惰性矿物，不参与水泥水化，颗粒表面没有特征电荷，减水剂分子虽然带负电荷，却以物理吸附为主，吸附量小。

因此，采用石粉作为掺合料替代水泥，能减少外加剂的吸附量，对改善混凝土外加剂与水泥的适应性是有利的。

图2 水泥和掺合料对减水剂的吸附量

3.2 石粉取代胶凝材料对混凝土性能的影响

3.2.1 石粉取代水泥

试验以不同石粉取代率等量取代水泥，然后测试了混凝土的坍落度和抗压强度，试验配合比见表4，结果见图3。

表4 试验配合比

图3 石粉部分取代水泥对混凝土性能的影响

由于石粉的比表面积、颗粒形貌与水泥接近，并且石粉对减水剂的吸附量小，能改善外加剂与水泥的适应性，因此，随着石粉等量取代水泥的比例提高，混凝土的坍落度呈明显增加趋势（见图3）。但是，石粉的活性不如水泥，随着石粉取代量的增加，混凝土抗压强度则呈现出下降趋势，只是当石粉取代量较小时（小于5%），混凝土强度变化不大。说明石粉可以作为混凝土掺合料使用，只是其掺量不宜过大。

3.2.2 石粉取代粉煤灰

当石粉取代粉煤灰后（见图4），一方面，石粉表面粗糙、棱角多（见图1），无法提供类似于粉煤灰的“滚珠效应”，导致混凝土的流动性变差，即随着石粉取代粉煤灰量的增加，混凝土扩展度有明显的降低，但是由于石粉对减水剂的吸附量小，又能一定程度改善混凝土的工作性，即混凝土的坍落度变化不大；另一方面，石粉的活性低于粉煤灰，石粉取代粉煤灰后混凝土强度有一定程度降低，只是当石粉取代量不超过25%时，降低的程度不太明显。

由于石粉对混凝土工作性和强度的贡献都不如粉煤灰，故石粉不具备完全替代粉煤灰作混凝土掺合料的能力，但当石粉少量取代粉煤灰后（小于25%），混凝土的工作性和强度变化不明显。因此，石粉可以和粉煤灰配成复合掺合料使用，其取代粉煤灰不宜超过25%。

表5 试验配合比

图4 石粉部分取代粉煤灰对混凝土性能的影响

4 结论

石粉的颗粒形态、比表面积与水泥相当，替代水泥能丰富水泥浆体，填充砂石孔隙；石粉对外加剂的吸附量小，能改善水泥与外加剂的适应性，提高混凝土的工作性能。因此，石粉具备作混凝土掺合料的基本条件。

石粉的混凝土强度和工作性的贡献都不如粉煤灰。因此，石粉宜与粉煤灰复合使用，其取代粉煤灰的掺量不宜超过25%。

[1]张雄.建筑功能外加剂[M].北京:化学工业出版社，2004.

[2]刘数华，阎培渝.石粉作为碾压混凝土掺合料的利用和研究综述[J].水力发电，2007，33(1).

[3]王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究[D].博士学位论文.武汉:武汉理工大学，2008.

[4]贺鸿珠，朱洪发，宋小川等.石粉与粉煤灰复合作水泥混凝土掺合料的性能研究[J].粉煤灰，2005，(6).

[5]钱觉时.粉煤灰特性与粉煤灰混凝土[M].北京:科学出版社，2002.

责任编辑：余咏梅

施工经验

怎样识别伪劣HRB热轧带肋钢筋

热轧带肋钢筋俗称螺纹钢，广泛应用于房屋、道路等方面建设。现将钢材市场上的伪劣热轧带肋钢筋不合格因素列举如下。

(1)钢筋实际尺寸比标志尺寸小一个规格左右，经销商通过实际重量进货、理论重量交货，通过重量差获取暴利。

(2)钢筋强度偏低。

(3)钢筋化学成分不合格率高。究其原因，主要是小轧钢厂原料不合格，用土钢坯轧制热轧带肋钢筋所致。

在购买热轧带肋钢筋前，首先应从外观尺寸看，可用游标卡尺测量钢筋实际尺寸是否比标示尺寸(一般热轧带肋钢筋上均轧有规格标志)小一个规格或更多，同时有些伪劣热轧带肋钢筋通过轧扁的方式来欺骗客户，因而从钢筋端面观察其为扁椭圆形，而正规钢筋端面应基本为圆形。

其二，从表面质量看伪劣热轧带肋钢筋。由于用土钢坯轧制钢筋，钢筋外观质量差，常带有结疤等缺陷。同时，有些小轧钢厂加热温度或轧制速度不够，使钢筋表面颜色偏红。

其三，正规钢材在厂家出厂时大多为成捆包装，成捆钢材上均挂有与实物相对应的金属小标牌，标明厂家钢材牌号、批号、规格及检验代号等。而伪劣热轧带肋钢筋由于生产条件简陋，无大型吊装设备，大多小捆包装。无金属标牌、质量保证书。要避免买到伪劣热轧带肋钢筋，最好到名牌厂家的直接代理处购买。即使发生争议也容易处理，还可以通过金相分析试验判别其化学成分。

其四，代销商主动降低价格，与常规的热轧带肋钢材价格差距较大。

建议用户在购买热轧带肋钢筋时，一定要到正规钢材经营单位或经营点购买。并索取钢材质量证明书，进行验收。对有质量疑义的钢材可到专业检测机构进行质量咨询并检测，为日后诉讼留下书面依据。

（摘自：《建筑工人》）

Preliminary Study on Limestone Powder as Concrete Additive

The paper analyzed the basic properties of limestone powder by using the following four methods:surface area comparisons,scanning electron microscope comparisons,activity index comparisons,super-plasticizer adsorption comparisons.Then,experiments have been done to study the concrete performance by using a same amount of limestone powder or fly ash to substitute the same amount of cement.The results showed that limestone powder,though,can be used as concrete additive，should be used together with fly ash The maximum amount of substitution for limestone powder should not be allowed to exceed 25%of the concrete.

limestone powder;additive;concrete

TU521.2+5

A

1671-9107（2010）11-0022-04

10．3969／j．issn．1671-9107．2010．11．022

2010-9-15

刘岩（1980-），男，中铁十二局集团渝利铁路项目试验室主任，从事铁路工程施工与检测。