掺石粉改性仿木构件研究

掺石粉改性仿木构件研究

王伟1,2

(1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司，厦门 361004；

2.厦门天润锦龙建材有限公司，厦门 361027)

摘要：为解决仿木构件表面孔隙偏多、早期强度偏低等问题，采用石粉替代部分水泥的方法进行试验研究。试验结果表明:当石粉掺量为20%时，可以有效地改善拌合物的工作性能和仿木构件表面缺陷，并提高仿木构件制品的早期强度，加快模具周转速率，提高工作效率。

关键词：石粉；仿木构件；表面缺陷；早期强度；工作性能

doi:10.3963/j.issn.1674-6066.2015.04.018

Abstract:In order to solve the surface holes of the wooden and the low early strength，adding a suitable amount of limestone to replace cement to improve working performance and early strength of concrete. Results show that:when the content of limestone is 20%, Surface defects dramatically reduced.What’s more, the early strength was improved.This can speed up the mold flow rate,and improve the work efficiency.

收稿日期：2015-07-02.

作者简介：王伟(1988-)，助理工程师.E-mail:xuanyingkg@126.com

Research of Imitation-wood Members Mixed with Limestone

WANGWei1,2

(1.Xiamen Academy of Building Research Group Co,Ltd,Xiamen 361004,China

2.Xiamen Tianrun Jinlong Building Materials Co,Ltd,Xiamen 361027,China)

Key words:limestone；imitation-wood members；surface defect;early strength ;working performance

著名建筑史学家梁思成在《中国建筑的特征》一书中写道“中国始终保持木材为主要建筑材料，故其形式为木造结构之直接表现。其在结构方面之努力，则尽木材应用之能事，以臻实际之需要，而同时完成其本身完美之形体[1]。”国人对木质建筑情有独钟。

然而，木材由于其自身固有的缺陷，维护修葺需消耗巨大的人力、物力和财力。此外，可以用于修葺古建筑物的成年巨木，如老黄松、油松等已经很难找到，速生木材则很难达到要求。因此，一种新型的仿木材料应运而生—混凝土仿木构件[2,3]。

混凝土替代实木的仿木技术已经势在必行，且应用也越来越广泛。如沈阳广福市大雄宝殿就是极具有代表性的混凝土仿木古建筑。此外，仿木围栏、仿木栏杆、仿木花箱、仿木树围、仿木坐凳、仿木垃圾桶等小型仿木构件在市政工程中得到广泛的应用。但由于这些构件的生产厂家大多数不具备专业的混凝土配合比设计能力，其生产配合比不规范，拌合物工作性能差，导致构件表面存在孔隙、裂缝等问题。该文采取在混凝土中掺适量石粉(limestone，LS)改性的方式进行试验研究，以改善仿木构件表面缺陷、早期强度较低等问题。

1原材料

该试验选用华润水泥有限公司P·O 42.5润丰水泥，初凝215 min，终凝270 min，3 d抗压强度30.3 MPa，28 d抗压强度54.6 MPa；选用福建省龙海市隆盛石料厂花岗岩石粉，比表面积4 570 m2/kg， SiO2含量52.2%，CaO含量7.1%；选用福建省厦门市海沧区天诚林建材经营部河砂中砂Ⅱ区，细度模数2.6，表观密度2 560 kg/m3，含泥量0.6%；选用福建省厦门市海沧区天诚林建材经营部单粒级5 mm碎石，压碎指标9.8%，含泥量0.1%；选用科之杰新材料集团有限公司Point-S 聚羧酸系高性能减水剂，减水率30%，含气量4.7%，含固量18.7%；拌合水为生活用水，满足现行行业标准JGJ 63—2006的要求。

2配合比设计

在水胶比相同的情况下，用石粉取代部分水泥作为掺合料，探究不同石粉掺量对混凝土拌合物工作性能的影响，以及掺石粉前后仿木构件表面质量是否有明显改观。具体配合比见表1。

表1　实验所用配合比

3结果与分析

从表2可以看出，在水胶比不变的情况下，随着石粉掺量的增加，混凝土的工作性能逐渐改善。掺量在20%以上时，混凝土的流动性、粘聚性和保水性都很好。从图1中明显看出，石粉掺量从0%增加到45%的过程中，1 h坍落度从100 mm增加到235 mm，1 h坍损从85 mm降低到0 mm；掺量大于30%时，1 h坍损明显降低。

表2　石粉对混凝土工作性能和强度的影响

石粉对混凝土和易性和1 h坍损的改善主要得益于石粉的形态效应和填充效应。1)表面致密光滑的石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，起到分散剂的作用，能促进水化初期水泥颗粒的解絮，从而改善混凝土的工作性能。2)部分水泥被取代，水泥的用量降低，又石粉的表面能很小，导致整个体系反应速度也随之减缓，因此工作性能得到改善，减小了坍落度的损失。3)由于石粉比水泥颗粒细度小，能够填充在水泥浆体间隙中，起到填充骨架的作用，使混凝土拌和物的含气量和泌水率都在减少，从而改善了混凝土的工作性。使得成型后的仿木构件表面致密光滑，表面孔隙减少甚至没有孔隙。

从图2中可以直观的看出，对于混凝土试块3 d强度，掺石粉改性后其强度会提高；当掺量为20%时，涨幅为21.7%，掺量超出20%，涨幅降低，掺量超过35%，会出现强度下跌。对于混凝土试块7 d强度，掺量小于20%时，随石粉掺量增加混凝土试块强度随之增加，最大涨幅23.2%。对于混凝土试块28 d强度，石粉掺量小于20%时，与基准试块相比，强度略有增长，但是掺量超过20%后，强度下跌比较严重，石粉掺量为45%时，最大下跌达到22.8%。

从图2可以明显看出，当石粉掺量一定时(小于20%)，石粉对混凝土试块早期(3 d、7 d)强度有明显加速作用，但是对混凝土试块后期(28 d)强度，加速不明显。掺量超过20%时，混凝土试块强度有不同程度的下跌。

分析认为：石粉对混凝土试块强度的影响是多方面的，只是各因素的影响程度不同。对石粉的加速效应和活性效应不能绝对的分开讨论，二者同时存在，同时作用于水泥基材料，交互影响。水泥水化过程是一系列复杂的物理化学过程，C-S-H凝胶体系的形成，是提供强度的关键。C-S-H凝胶体系形成的基础是晶核，然晶核借助于基体才能形成，而石粉可以降低成核位垒，更适于作为C-S-H凝胶的成核基体，因而加速了水泥水化速度。

现有的研究[4-6]表明石粉并非绝对惰性，它在水化的过程中可以与水泥中的C3A和C4AF发生反应，生成水化碳铝酸钙，从而改善水泥基材料的一些性能。但是其活性明显低于水泥，因此掺量超过一定程度后，不足以弥补水泥掺量减少造成的强度损失，所以后期强度会降低。

由此，掺适量石粉可加速混凝土的早期强度，有利于缩短仿木构件拆模时间，加快模具周转，提高工作效率。

4结论

a.得益于石粉的形态效应和填充效应，掺适量石粉可以改善混凝土的工作性能，成型的仿木构件表面致密光滑，几乎没有孔隙。

b.得益于石粉的强度加速效应，掺适量石粉(小于20%)可以提高混凝土的早期强度，有利于仿木构件的拆模，提高工作效率。

参考文献

[1]梁思成．中国建筑的特征[J]．建筑学报，1954(1)：36-39.

[2]李瑞森.混凝土材料在仿古建筑中的应用体会[J].古建园林技术，2003(1)：26-27.

[3]丁婷,王红,丁圣果.贵州黔东南吊脚楼民族建筑采用仿木砼结构的应用开发研究[J].贵州大学学报(自然科学版)，2013，30(6)：115-117.

[4]杨柳,宋少民.石灰石粉与矿物掺合料复掺对混凝土工作性及强度的影响[J]. 北京建筑工程学院学报，2010，26(2)：49-52.

[5]王振军,尚继攀,尚继利. 石灰石粉用作水泥混合材与混凝土掺合料的研究进展[J].科技风，2010，(16)：86.

[6]杨华山,方坤河,涂胜金. 石灰石粉在水泥基材料中的作用及其机理[J]. 混凝土，2006(6)：32-35.