几种不同岩性石粉与PCE相容性研究

刘欢 刘昭洋

摘 要：本文对不同巖性石粉（石灰石粉、灰矿粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉）与外加剂的相容性进行了研究。试验结果表明：不同岩性石粉都能被PCE很好的分散，且不同岩性石粉浆体被分散到相同扩展度的PCE掺量不一样。不同岩性石粉掺入水泥中并不会增加水泥浆的PCE掺量，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉后的水泥浆的外加剂掺量反而减少了。

关键词：岩性石粉；PEC；相容性

为了降低大体积混凝土开裂风险，很多桥梁工程、水利水电等重大工程都采用掺入粉煤灰降低混凝土水化热。由于粉煤灰在有的地区相对匮乏，就不得不长途运送粉煤灰。

同时，这些粉煤灰资源较匮乏的地区一些粉煤灰厂家还以次充好，导致掺入粉煤灰的混凝土损失快、外加剂掺量增大以及会对硬化混凝土耐久性产生有害影响。然而，在这些工程施工过程中产生的大量石粉却不能得到有效利用，还需要找地方堆放，不仅占用大量土地资源，造成资源浪费，而且对环境也不利。因此，开发利用石粉做混凝土掺合料，既可以解决远距离运输掺合料的问题，还能有效利用资源，并减少对环境的污染与破坏。

另外一些研究表明[ 1-3 ]，石粉的加入能改善混凝土的和易性和提高硬化混凝土性能。大量学者对石粉掺合料混凝土进行了研究[ 4-9 ]，但对不同岩性石粉与PCE的相容性却鲜有研究。本文尝试对四种不同岩性石粉与PCE的相容性进行研究。

1 原材料及试驗方法

1.1 原材料

1）石灰石粉，灰矿粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉均由某大型水电工程项目提供，比表面积为600m2/Kg。

2）水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥厂生产。

3）外加剂：GK-3000高性能聚羧酸减水剂，固含30.5%，由石家庄长安育才建材有限公司生产。

4）试验用水：自来水。

1.2 试验方法

试验分两步进行，首先通过X射线衍射对四种不同岩性石粉进行了矿物分析。其次，为了研究不同岩性石粉与PCE的适应性，设计了两组试验，分别是纯石粉与PCE相容性试验和掺30%石粉的峨胜水泥与PCE相容性试验，配合比见表1。试验采用GB/T 8077-2012 《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。

2 结果与讨论

2.1 不同岩性石粉XRD衍射试验

石灰石粉不含有明显的杂质（如图1所示），只含有一些方解石。因此，它是一种不含粘土等矿物的纯净的样品。

通过图2的XRD图谱来看，灰矿样品含有石英，云母（白云母和伊利石），含长石的矿物质（钠长石）和一些粘土矿物质（绿泥石）。

因此，说明灰矿是一种以石英（二氧化硅）为主的混合物样品，并且同时少量含有其他几种粘土矿物（云母，长石，绿泥石）。

然而，这些粘土矿物属于一类被称为“不膨胀”粘土族对PCE减水剂影响很小。

花岗岩石粉样品含有的杂质比以上两种样品多，除以上两种石粉含有的矿物外，其还含有架状硅酸盐矿物（微斜长石），云母，钠长石和粘土矿物（绿泥石），如图3中X光衍射图谱所示。

因此，花岗岩石粉以石英（二氧化硅）为主，但是同时含有较多的云母（黑云母）和其他粘土成分，其他的矿物成分就少一些。这些被分析出粘土矿物成分对PCE减水剂的影响不大。

玄武岩样品杂质是最多的，他含有石英和大量的不同种类的粘土矿物，有架状硅酸盐（微斜长石），云母（黑云母），长石矿物（长石钠长石和），蒙脱石（蒙脱石）和绿泥石，正如图4的X光衍射图所示。不仅如此，一些非晶体结构的杂质相也呈现出来了。所有被分析出的这些粘土矿物中，只有蒙脱石是对PCE减水剂有影响的。

2.2 不同岩性石粉与PCE适应性试验

2.2.1方案1净浆试验结果

从试验方案一的结果表明四种不同岩性的石粉都能被PCE很好的分散。达到相同扩展度时，不同岩性石粉的PCE的掺量是不一样的，PCE掺量由低到高依次是：石灰石粉<灰矿粉<花岗岩石粉<玄武岩石粉。

2.2.2方案2净浆试验结果

在掺入30%石粉后水泥浆体都能被PCE很好的分散。试验结果表明，掺入30%灰矿粉和掺入30%石灰石粉后的PCE的吸附与不掺石粉的纯峨胜水泥浆体吸附相当。

很有意思的是，在达到相同扩展度时，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉的后水泥净浆PCE掺量反而减少了。这与图5即方案一的纯的花岗岩石粉和玄武岩石粉对PCE掺量更大的试验结果形成显著对比。

为了对这一现象进行解释，我们测试了不同岩性的石粉在0.5的水胶比下的zeta电位。试验结果显示，石灰石粉带有正电荷，而其他三种石粉都是带有负电的的，其中电负性由大到小依次时玄武岩石粉>花岗岩石粉>灰矿粉。

在纯石粉浆体中，石灰石粉是带有正电荷，能较快的吸附阴离子型PCE，故能被很好的分散；而玄武岩石粉带负电荷最大，对于阴离子型PCE具有排斥作用，所以很难分散。

在掺入30%石粉+峨胜水泥的体系中，带正电的石灰石粉因为吸附竞争力较强的硫酸根而显示负电荷，与阴离子型PCE形成排斥作用，PCE较难吸附在石灰石粉表面从而很难发挥分散作用；而带负电的玄武岩石粉吸附带正电的钙离子从而表面显正电荷，阴离子型PCE很容易被吸附到玄武岩石粉颗粒的表面，故能被很好的分散。

3 结论

1）不同岩性石粉都能被PCE很好的分散，且不同岩性石粉浆体被分散到相同扩展度需要的PCE量不一样。

2）不同岩性石粉掺入水泥中并不会增加水泥浆对PCE的吸附量，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉石粉后的水泥浆对PCE的吸附反而减少了。

3）表面带负电荷的石粉掺入水泥中能减少浆体对PCE的吸附。

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