石粉硅灰复掺对水泥胶砂流动性及强度的影响

连亚明，陈 超，龚明子，江达宣

（厦门天润锦龙建材有限公司；福建　厦门　361027）

石粉硅灰复掺对水泥胶砂流动性及强度的影响

连亚明，陈 超，龚明子，江达宣

（厦门天润锦龙建材有限公司；福建厦门361027）

本文研究了石粉、硅灰、石粉硅灰复掺对水泥胶砂流动性及强度的影响。结果表明：石粉活性较低，掺量控制在 5%以下对胶砂强度影响不大；硅灰降低胶砂流动性，但能显著提高其后期强度，硅灰的最佳掺量为 10%；石粉与硅灰复掺对胶砂流动性与强度存在互补作用，石粉能够提高胶砂流动性，硅灰能改善胶砂后期强度不足的问题，石粉最佳掺量为 15%，硅灰最佳掺量为 8%。

石粉；硅灰；流动度；胶砂强度

0　前言

随着对混凝土性能研究的不断深入，人们对矿物掺合料的认识不断加深。在混凝土改性中，矿物掺合料具有举足轻重的作用，近年来，石粉也常被作为掺合料进行研究[1-4]。

石粉是石材在开采和加工过程中产生的副产物，从环保和资源利用的角度出发，对石粉的研究与应用在不断地深入。相关研究[1-4]表明：石粉不是一种纯粹的惰性材料，具有一定的活性，石粉的微集料效应、形态效应和活性效应能够改善新拌混凝土性能；但石粉活性较低，以掺合料掺加，会降低混凝土强度，对混凝土强度影响较大。

硅灰是铁合金在冶炼硅铁或工业硅过程中产生的烟尘，含有 90% 左右的不定型 SiO2，具有较高的火山灰活性，掺入适量的硅灰能提高混凝土的强度。硅灰细度大，比表面积高，导致需水量大，对混凝土的工作性能会产生负面影响[5-6]。

由此可见，石粉和硅灰对混凝土性能的影响存在着一定的互补作用，石粉改善混凝土流动性但影响其强度，硅灰降低混凝土流动性但提高强度。因此，本文拟从水泥胶砂角度探讨细度、活性相差较大的石粉、硅灰对其流动性和强度的影响。

1　试验

1.1原材料

（1）水泥：华润水泥（龙岩）有限公司 42.5 级普通硅酸盐水泥，比表面积 356m2/kg。

（2）石粉：产自福建安溪某石材加工厂，为各种石材加工抛光产生的混合废石粉。密度2530kg/m3，比表面积436m2/kg，需水量比 95.2%，烧失量 42.6%。

（3）硅灰：笙夏实业有限公司生产的硅灰，SiO2含量95.98%，密度 332m2/kg，比表面积23600m2/kg，需水量比128.0%。

（4）砂：标准砂。

（5）水：普通自来水。

1.2试验方法

砂浆流动度按照 GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行；胶砂试件尺寸为 40mm×40mm×160mm，标准条件下成型后的试件于水泥混凝土标准养护箱中养护24h 后拆模，拆模后置于恒温水养护箱中养护，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》测定试件相应龄期强度。

试验胶砂配合比见表 1。

表1　胶砂配合比　　　　　　　　　　g

2　分析与讨论

试验结果如表2 所示。

表2　试验结果

2.1石粉、硅灰对水泥胶砂流动性的影响

图1　粉料掺量对胶砂流动度的影响

由图 1 可知，单掺石粉时，随着石粉掺量的逐渐增加，胶砂流动度略微变小，说明石粉对胶砂流动性的影响较小。单掺硅灰时，胶砂流动度随掺量增加而减小，下降程度趋于平缓，主要是硅灰需水量大、活性大造成的。同时，曲线“硅灰+15% 石粉”在曲线“硅灰”的上面，说明掺入石粉能提高硅灰水泥胶砂流动性；由曲线“石粉+8% 硅灰”可知，随着石粉掺量的增加，流动度先增加后减小，石粉掺量为15% 时，胶砂流动性最佳。究其原因，石粉的细度介于硅灰和水泥之间，石粉的掺入改善了硅灰水泥颗粒级配，使得颗粒间孔隙减少，从而改善了水泥胶砂的流动性；随着石粉掺量的提高，水泥用量减少，（石粉需水量比＜100%）胶砂流动性降低，说明石粉掺量大对胶砂流动性的改善作用逐渐减弱，因为石粉的粘聚性和保水性比水泥差，由于石粉掺量大使得胶砂存在泌水现象，反而不利于流动性的改善。

2.2石粉、硅灰对水泥胶砂强度的影响

2.2.1石粉对水泥胶砂强度的影响

图2　石粉对水泥胶砂强度的影响

图2 为不同掺量石粉对水泥胶砂各龄期强度的影响结果。由图可知，随着石粉掺量的增加，胶砂各龄期强度呈下降趋势。当掺量小于 8.0% 时，满足水泥28 天强度等级要求；石粉掺量小于 5% 时，对胶砂抗压、抗折强度的影响不大。掺量为 5% 时胶砂 7d 抗压强度比3d的增长了26.7%，28d抗压强度比 3d 的增长了 58.1%（纯水泥胶砂 7d 抗压强度比3d 的增长了 32.9%，28d 抗压强度比 3d 的增长了 58.6%），由此可见，掺入石粉对水泥胶砂早期强度影响较大，对后期强度影响较小。

其原因在于，石粉活性较低，在早期水化过程中形成的结晶 Ca(OH)2和 C-S-H 凝胶的数量较小，因此砂浆的早期强度主要由水泥水化所决定。石粉取代水泥后，砂浆中水泥含量降低，水泥-石粉体系中总的水化速度减慢，生成的水化产物数量减少，使颗粒与浆体间缺乏有效的连接，导致砂浆强度降低。石粉掺量越大这种效应越显著，当石粉掺量过高时，由于水泥掺量相对降低，浆体中胶结物质进一步减少，导致试件强度降低[7]。

2.2.2硅灰对水泥胶砂强度的影响

图3 硅灰对水泥胶砂强度的影响

由图 3 可知，对于早期强度，当硅灰逐渐取代水泥，其胶砂强度略低于纯水泥胶砂，抗折强度存在相同的趋势，可见掺入硅灰减缓了水泥早期水化反应速度，使胶砂早期强度略微下降；胶砂28d 强度随硅灰掺量增加呈先增大后减小的趋势，掺量为 10% 时，28d 抗压强度最大（63.5MPa），比基准增长了 31.7%，因此，掺入硅灰能够显著提高水泥胶砂后期强度。

其原因在于，硅灰的颗粒极其微细，加入水泥中后表现出强烈的需水性，使得水泥水化的水量相对不足，不利于水泥的早期水化，故表现出试件早期强度相对较低[8]，同时硅灰极细微颗粒附着在水泥颗粒表面，阻止水泥与水接触进一步降低了水化速率。随着水泥水化龄期的增长，硅灰的火山灰效应逐渐开始起作用，使水泥砂浆强度得到提高；另一方面，由于硅灰颗粒极细，能填充到水泥砂浆中的空隙中，使砂浆的结构也更加密实均匀，有效地改善了水泥砂浆受力时的应力分布状况，有利于强度的提高[9]。当硅灰掺量过高时，其流动性随其掺量增加而大幅度降低，砂浆越来越难以振动密实，结构的缺陷就会越来越大，从而造成强度降低。

2.2.3石粉、硅灰复掺对水泥胶砂强度的影响

图 4 显示了固定石粉掺量，硅灰对胶砂强度的影响规律（石粉对胶砂流动性改善效果最佳掺量为 15%）。由图可见，随硅灰掺量增加，胶砂28d 抗压强度先增大后减小，且都大于石粉单掺 15% 时胶砂抗压强度；掺量为 8% 时，抗压强度达到最大值（53.7MPa）。可见，硅灰能够显著提高石粉水泥胶砂后期强度，与石粉对胶砂性能的影响产生互补作用。

图 5 显示了固定硅灰掺量，石粉对胶砂强度的影响规律（石粉硅灰复掺时，硅灰最佳掺量为 8%）。由图 5 可见，随石粉掺量增加，胶砂28d 强度逐渐减小，当掺量达到20%时，胶砂28d 抗压强度（48.7MPa）仍大于水泥的28d 抗压强度。可见，掺入适量硅灰能在保证胶砂强度要求的情况下，增大石粉的掺量。

综上所述，石粉硅灰复掺时，可以改善其单一作用，保证胶砂流动性的同时又能达到强度要求，最大限度地提高石粉掺量和利用率。

图4　固定石粉掺量硅灰掺量对胶砂强度的影响

图5　固定硅灰掺量石粉掺量对胶砂强度的影响

3　结论

（1）石粉活性较低，掺量在 5% 时，对水泥胶砂流动度、强度影响较小。

（2）硅灰需水量大，降低胶砂流动性，但能显著提高胶砂后期强度，单掺最佳掺量为 10%。

（3）石粉和硅灰对胶砂性能影响存在一定互补作用，两者复掺，石粉能够提高胶砂流动性，硅灰能够改善胶砂后期强度不足的问题。石粉最佳掺量为 15%，硅灰最佳掺量为8%。

[1] 郭育霞，贡金鑫，李晶．石粉掺量对混凝土力学性能及耐久性的影响[J]．建筑材料学报，2009，12(3)：266-271．

[2] 胡晓曼，董献国．石粉作混合材对水泥性能的影响[J]．江西建材，2014(5)：22-23.

[3] 刘岩．石粉用作混凝土掺合料的初探[J]．重庆建筑，2010，9(11)：22-25.

[4] 李保亮，柏立贵，徐洪伟，丁百湛．石粉对水泥及混凝土性能的影响[J]．商品混凝土，2013(2)：51-57．

[5] 杨玉喜，刘学全．硅灰在混凝土中的应用[J]．黑龙江交通科技，2007(6)：51.

[6] 肖琳．粉煤灰和硅灰的粒径分布对水泥基材料性能的影响[J]．河南建材，2007(4)：18-20.

[7] 李相国，李孟蕾，马保国．改性花岗岩石粉对水泥的性能影响[J]．混凝土，2013(8)：87-90.

[8] 吴建军．矿物掺和料对水泥胶砂流动性和蒸压强度影响[J].混凝土世界，2013(6)：80-84.

[9] 叶东忠．硅灰对水泥净浆与砂浆性能及砂浆结构影响的研究[J]．北京工商大学学报，2007，25(6)：11-15．

［通讯地址］厦门市海沧区东孚镇凤美四路 39 号（361027）

Research on stone powder and silica fume on cement mortar fluidity and strength

Lian Yaming , Chen Chao, Gong Mingzi, Jiang Daxuan
(Xiamen Tianrunjinlong building materials Co., Ltd., Xiamen361027)

The replacement of stone powder and silica fume and double-mixture of stone powder and silica fume on the performance of cement mortar fluidity and strength was studied in this paper. The results show that stone powder has a lower activity which has a little effect on the strength of mortar when the dosage of stone powder is less than 5%; silica fume can reduces mortar fluidity, but it can dramatically improve the strength of the cement mortar, the optimal content is 10%.The stone powder mixed with silica fume will exist a complementary effect on mortar fluidity and strength that stone powder can improve fluidity and silica fume can improve the problem of insufficient of later strength. The optimal content of stone power is 15%, the silica fume is 8%.

stone power; silica fume; fluidity; mortar strength

连亚明（1990-），男，助理工程师。