花岗岩粉对混凝土性能影响研究

江达宣，连亚明，王培新，叶天驹，李式龙，郑佳财

（1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建　厦门　361004；2.厦门天润锦龙建材有限公司，福建　厦门　361009）

花岗岩粉对混凝土性能影响研究

江达宣1，连亚明1，王培新1，叶天驹1，李式龙1，郑佳财2

（1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，福建厦门361004；2.厦门天润锦龙建材有限公司，福建厦门361009）

本文通过试验研究了花岗岩粉取代部分水泥及与矿粉复掺对 C30 混凝土性能的影响，试验结果表明，花岗岩粉与矿粉复掺的效果优于单掺，当掺量小于 10% 时，所配制出的 C30 混凝土具有良好的力学性能和抗碳化性能。

花岗岩粉；强度活性指数；工作性能；抗碳化性能

0　前言

福建省地势多山，石材资源丰富，是全国最大的石材加工和出口省份，尤其集中在闽南地区。石材的加工主要采用切割工艺，切割的过程产生大量的废弃物石粉，花岗岩粉就是其中的一种，目前，这些石粉均采用堆积或填埋处理，堆积需要占用大量的耕地，甚至污染水资源，破坏生态环境。如果能将这些花岗岩粉再生利用作为混凝土矿物掺合料，不仅能解决其对环境的污染问题，而且可以解决现有矿物掺合料供应紧张局面，降低混凝土成本，提高资源利用率，实现混凝土行业的可持续发展[1-4]。

为此，本试验尝试将资源丰富的花岗岩粉分别替代部分水泥及与矿粉复掺，进行混凝土的配制及性能研究，主要从水泥胶砂强度、混凝土工作性、强度及抗碳化性能方面着手，探索将花岗岩粉用作混凝土掺合料的可行性，为其应用于预拌混凝土生产提供试验依据。

1　试验材料及配比

1.1试验原材料

水泥：华润水泥（龙岩）有限公司润丰牌 P·O 42.5 普通硅酸盐水泥，其物理性能见表 1。

表1　水泥的物理性能

粉煤灰： F 类 Ⅱ 级灰，45μm 筛筛余 18.9%，需水量比98%，烧失量 1.5%。

矿粉：三钢集团矿渣微粉有限公司 S95 级矿粉，比表面积 430m2/kg，流动度比 103%。

河砂：天然中砂，细度模数2.8，堆积密度 1460kg/m3，含泥量2.1%。

粗集料：5～31.5mm 连续级配碎石，堆积密度1380kg/m3，压碎值指标 9.7%，针片状含量 4%。

外加剂：福建科之杰新材料有限公司聚羧酸混凝土减水剂 Point-400，减水率 18%。

水：生活用水，符合 JGJ 63-2006 《混凝土用水标准》中规定的拌合用水要求。

花岗岩粉：福建省龙海市隆盛石料场，45μm 筛筛余量为12%，含水量为 0.5%，烧失量为 0.99%，化学成分见表2。

表2　花岗岩粉化学成分　　　　　　　%

1.2试验主要仪器及方法

SF-150 型水泥细度负压筛析仪、CDT 1305-2 微型抗压抗折试验机、YAW4306 微机控制电液伺服压力试验机、CABRHTX12 型混凝土碳化试验箱。

花岗岩粉的细度按照现行 GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法 筛析法》所列的负压筛分析法进行试验。

花岗岩粉的活性指数、含水量按照现行 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的有关规定，并将粉煤灰替代为花岗岩粉后进行试验。

混凝土拌合物性能测试按照 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》操作。

抗压强度测试按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》操作。

混凝土抗碳化试验依据 GB 50082—2009《普通混凝土长期性能与耐久性能试验方法标准》中相关规定执行。

1.3试验参数

首先将花岗岩粉等量作为掺合料，并减少等量的水泥用量，检验其对水泥胶砂流动度及胶砂试块强度的影响。

试验采用花岗岩粉以不同比例取代水泥用量与矿粉复掺作为掺合料，研究其对 C30 混凝土工作性能、力学性能以及抗碳化性能的影响。

2　试验结果与分析

水泥胶砂流动度、28d 抗压强度值见表 3。混凝土工作性能、力学性能及抗碳化性能测试结果见表 4、5。

表3　胶砂试验结果数据

表4　花岗岩粉为掺合料配制 C30混凝土及相关性能测试结果　　　 kg/m3

表5　花岗岩粉与矿粉复掺混凝土相关性能测试结果

2.1花岗岩粉对水泥胶砂性能的影响

图1　花岗岩粉不同掺量对水泥胶砂性能影响

图2　花岗岩粉单掺对 C30 混凝土强度影响

从表 3 和图 1 可以看出，花岗岩粉取代水泥 0%～30%的范围内，对水泥胶砂性能影响表现在以下几点：随着花岗岩粉掺量的增加，水泥胶砂流动度及28d 抗压强度都呈减小趋势。其中花岗岩粉取代率在 15% 以内，对水泥胶砂流动度影响较小，超过该范围后，随着其掺量的增加，水泥胶砂流动度呈明显减小趋势。随着花岗岩粉掺量的增加，水泥胶砂抗压强度值出现不同程度的降低，其活性指数也随之降低。再结合表2 可以看出，花岗岩粉主要成分为 SiO2和 Al2O3，含量高达 70% 以上，CaO 含量较少。根据火山灰质混合材的活性是指其中的氧化硅和氧化铝能与石灰或者水泥中析出的Ca(OH)2直接反应生成具有水硬性的水化产物。从花岗岩粉化学成分分析和水泥胶砂活性指数可以看出花岗岩粉不具有活性，为惰性材料，在水泥制品中主要起到填充作用。

2.2花岗岩粉对混凝土性能的影响

从表 4 混凝土配比中的外加剂用量和表7中混凝土工作性坍落度变化情况可看出，随着花岗岩粉取代水泥量的逐渐增加，混凝土坍落度变大。其原因在于花岗岩粉为惰性材料，不与水发生水化反应且吸水性较差，配合比中水的用量一直保持不变，随着花岗岩粉取代量的增加使得新拌混凝土中的自由水含量增大，同时由于花岗岩粉的颗粒较细，可作为微集料填充在水泥与矿物掺合料之间，改善混凝土材料的颗粒级配，在上述综合作用下混凝土坍落度增大。此外，花岗岩粉密度小于水泥的密度，在胶凝材料总量不变的情况下，混凝土的浆含量增加，从而改善了混凝土的和易性，提高了混凝土的工作性[5-7]。从图2 可以看出随着花岗岩粉掺量的增加，混凝土抗压强度呈减小趋势，当花岗岩粉掺量为10% 时，混凝土强度能够满足设计要求。

2.3花岗岩粉与矿粉复掺对混凝土性能影响

图3　花岗岩粉与矿粉复掺对混凝土强度影响

图4　花岗岩粉与矿粉复掺对混凝土抗碳化影响

由图 3 可知，当花岗岩粉逐渐取代矿粉，掺量为 5%时，与基准 H-5（矿粉掺量25%）相比混凝土抗压强度 7d 下降 1.8MPa，28d 下降 3.1MPa，60d 下降 3.6MPa；掺量为 10%时，与基准 H-5（矿粉掺量25%）相比混凝土抗压强度 7d 下降7.4MPa，28d 下降 6.8MPa，60d 下降 5.4MPa；花岗岩粉掺量增加至 15%，与基准H-5相比混凝土抗压强度 7d 下降8.3MPa，28d 下降 10.7MPa，60d 下降 11.3MPa。由此可知，随着花岗岩粉掺量的增加，矿粉掺量的减少，混凝土强度下降，其主要原因在于花岗岩粉活性较低，不具有火山灰活性及二次水化反应，花岗岩粉逐渐取代矿粉后，主要起到填充料作用，导致混凝土强度会下降较为明显。当花岗岩粉掺量为 10% 时，混凝土28d 抗压强度为 37.4MPa，强度能够达到C30 混凝土配制强度要求。

由表 5 和图 4 混凝土快速碳化结果可知，随着花岗岩粉掺量的增加，混凝土各龄期碳化深度随之呈增大趋势。花岗岩粉取代矿粉掺量为 10% 时，混凝土快速碳化28d 碳化深度为 6.4mm，与基准 H-5（掺矿粉25%）混凝土的碳化深度相比增加2.1mm。结合图 3 和 4 数据可知，随着混凝土强度的增大，碳化深度变化的总趋势为减小。

根据 JCJ/T 193-2009 《混凝土耐久性检验评定标准》混凝土抗碳化性能的等级划分表可知，快速碳化试验碳化深度 0.1mm≤d＜10mm 时，该混凝土抗碳化性能属于 T-Ⅳ 级。在 (20±3)% 浓度下碳化28d，大致相当于在自然环境中 50年的碳化深度，从花岗岩粉与矿粉复掺混凝土快速碳化28d 结果来看，混凝土抗碳化性能指标均达到了 T-Ⅳ 级，表明该混凝土具有良好的抗碳化性能。

3　结论

（1）花岗岩粉不具有活性，为惰性材料，在水泥制品中主要起到填充作用。

（2）利用花岗岩粉取代水泥，有助于增大混凝土含浆量，增加混凝土的流动性，提高混凝土的工作性能，掺量不宜超过 10%。

（3）花岗岩粉与矿粉复掺，花岗岩粉掺量控制在 10%以内，对混凝土力学性能和抗碳化性能无明显影响。

（4）利用花岗岩粉作为预拌混凝土矿物掺合料，掺量控制在 10% 以内，不仅能够满足混凝土性能要求，同时可以降低混凝土生产成本，减少环境污染，促进循环经济发展，提高资源利用效率。

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［通讯地址］厦门市同安区新民镇凤岭路 760 号（361100）

Study on the effect of granite powder on performance of concrete

Jiang Daxuan1, Lian Yaming1,Wang peixing1, Ye Tianju1, Li Shilong1,Zheng Jiacai2
(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co., Ltd., XiaMen361004;2. Xiamen TianRun Jinlong Building material Co., Ltd., Xiamen361009)

The granite powder to replace part of cement and the effect of doping on the properties of C30 concrete with slag powder was studied in this paper, the test results show that is better than single doped, granite powder and slag powder mixing, when the content is less than 10%, the preparation of the C30 concrete has good mechanical properties and carbonation resistance, to provide the experimental basis of ready mixed concrete as for granite powder.

granite powder; strength activity index; workability; carbonation

江达宣（1987—），男，助理工程师，主要从事建筑材料研发与应用。