花岗岩石粉掺量对混凝土力学性能的影响

2020-06-22陶元洪夏京亮

建材世界 2020年3期

刘春，陶元洪，何涛，刘方，夏京亮

(1.广东省公路建设有限公司,广州 510623;2.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011;3.保利长大工程有限公司,广州 510620；4.中国建筑科学研究院有限公司,北京 100013)

随着国家铁路工程、公路工程、水利工程等基础设施建设规模的加大和国家“一带一路”发展战略的推进，混凝土原材料，特别是矿物掺合料在多个地区出现紧缺现象，矿物掺合料(磨细矿渣粉、粉煤灰、硅灰等)造假、掺假时有发生[1]，极大的影响了工程施工质量，目前国内外均在大力研究新的辅助胶凝材料，以应对目前传统矿物掺合料紧缺的问题，研究较多的辅助胶凝材料包括天然火山灰质材料、石灰石粉、陶瓷粉、镍铁渣粉等[2-7]。

由于花岗岩机制砂加工产生大量石粉，而规范中对于石粉含量有着严格限制，以及花岗岩石材加工过程(切割、打磨、抛光等)中产生大量石粉，大量花岗岩石粉被废弃，成为新的固体废弃物[8-10]，参照目前辅助胶凝材料研究思路，研究将花岗岩石粉作为矿物掺合料配制混凝土，能够很好的解决目前传统矿物掺合料匮乏，大量花岗岩石粉废弃污染环境的问题，经济和社会意义显著。

该文通过设置不同掺量的花岗岩石粉(5%、10%、15%、20%、25%)配制混凝土，并与纯水泥混凝土对比，研究花岗岩石粉掺量对混凝土力学性能的影响，旨在为花岗岩石粉配制混凝土提供技术支持，推进花岗岩石粉在混凝土中的应用。

1 试验

1.1 原材料

1)水泥：采用P·I 42.5水泥，化学成分和物理力学指标见表1和表2。

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花岗岩石粉对混凝土力学性能试验配合比见表5，花岗岩石粉掺量占到胶凝材料用量分别为0、5%、10%、15%、20%、25%，混凝土塌落度控制在180～200 mm，根据坍落度控制范围调整减水剂用量。

表1 水泥化学成分 /%

表2 水泥的物理力学

参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080—2016对混凝土坍落度和扩展度进行试验。

表3 花岗岩石粉的粒径分布 /%

表4 花岗岩石粉的化学成分 /%

3)河砂，细度模数2.5，II区中砂，级配情况见图1。

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4)碎石，粒径5～20 mm，连续级配，吸水率0.5%。

评价与标准的一致性研究并非一个新话题，源于美国基于课程标准的教育改革活动，通过近20年的发展，积累了丰富经验，成功研制的“Webb”(韦伯)和“SEC”(Surveys of Enacted Curriculum)等分析范式相对比较成熟，在国际上得到广泛的认可.国内很多学者借鉴并本土化这些分析范式，但多用于课程标准、学业水平测试、课后习题等两两之间的一致性研究中，考试大纲与试题评价的一致性分析较少.

1.2 方法

2)花岗岩石粉，细度13.5%(45 μm筛余)，粒径分布见表3，化学组成见表4。

不同掺量的花岗岩石粉对混凝土工作性能的影响见表6。可以看出，6组混凝土坍落度在180～205 mm之间，坍落度最大的为纯水泥组混凝土，坍落度最小的为花岗岩石粉掺量20%的H-20组；6组混凝土扩展度在460～525 mm之间，其中混凝土扩展度最大组和最小组与坍落度一致，说明花岗岩石粉混凝土扩展度与坍落度相关性较强。由花岗岩石粉混凝土减水剂掺量试验结果可知，6组混凝土减水剂掺量在0.95%～1.2%(胶凝材料质量占比)之间，其中减水剂掺量最小为0.95%，是花岗岩石粉掺量5%和10%的H-5、H-10两组，减水剂掺量最大为1.2%，为花岗岩石粉掺量25%的H-25组。可见，花岗岩石粉掺量较小时(掺量小于10%)可以减少混凝土减水剂用量，之后随着花岗岩石粉掺量的增加，混凝土减水剂用量增多。可能的原因是，花岗岩石粉掺入混凝土中对于混凝土工作性能而言，具有两方面的作用，第一方面是细度较细的花岗岩石粉颗粒能够填充水泥颗粒之间的空隙，有一定的减水作用，另一方面花岗岩石粉颗粒表面较为粗糙，造成其需水量较大，同时能够吸附一定的减水剂，对混凝土工作性能具有负面影响，在花岗岩石粉掺量较小时(掺量小于10%)，其填充减水作用为主导，降低了混凝土减水剂用量，同时混凝土工作性能较为理想，而当花岗岩石粉掺量较大时，其蓄水量大，对减水剂的吸附作用逐渐显现出来，造成混凝土减水剂用量增多，混凝土工作性能下降。

不同掺量的花岗岩石粉对混凝土抗压强度的影响见图2，在花岗岩石粉掺量较小时(掺量不大于5%)，花岗岩石粉并不会降低混凝土抗压强度，甚至会略微提高纯水泥混凝土抗压强度，28 d龄期时花岗岩石粉掺量5%的H-5组混凝土抗压强度为49.5 MPa，比纯水泥混凝土抗压强度47.8 MPa，提高了3.6%。随着花岗岩石粉掺量的增加，混凝土抗压强度逐渐下降，28 d龄期时，花岗岩石粉掺量10%、15%、20%、25%的混凝土抗压强度分别为45.2 MPa、43.9 MPa、42.0 MPa、38.2 MPa，相比纯水泥混凝土分别下降了5.4%、8.2%、12.1%和20.1%，其中花岗岩石粉掺量超过20%，混凝土抗压强度下降最为明显，高达20.1%，混凝土28 d强度也下降至低于40 MPa，因此，在花岗岩石粉应用过程中，建议其掺量不超过20%。

1.3 试验配合比

(3)模型充分结合DEMATEL分析指标间影响关系的优势与ANP求解指标关联重要度的优势，提出一种新的关联权重确定方法。所求关联权重不仅能反映指标间的相对影响度，还能体现指标的相对重要度。

表5 花岗岩石粉混凝土配合比 /kg

2 结果及分析

2.1 花岗岩石粉对混凝土工作性能的影响

参照《混凝土物理力学性能试验方法标准》GB/T50081—2019对混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和弹性模量进行试验，混凝土抗压强度试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，劈裂抗拉强度试块尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，弹性模量试块尺寸为150 mm×150 mm×300 mm，混凝土标准养护28 d后进行力学性能试验。

表6 片麻岩石粉混凝土工作性能

2.2 花岗岩石粉对混凝土抗压强度的影响

策略五：引导家长学习一些与幼儿拉近关系的技巧，如身体接触、语言鼓励、送礼物等，融洽教学氛围，增强助教效果。

花岗岩石粉对于混凝土抗压强度同样具有两方面的影响，第一方面，花岗岩石粉细度相比水泥颗粒要细，能够填充水泥颗粒之间的孔隙，使得水泥浆体更加致密，因此能够起到提高混凝土抗压强度的作用；另一方面，花岗岩石粉为惰性辅助胶凝材料，其不具有火山灰活性，无法和水泥水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应，因此过多的花岗岩石粉掺入混凝土中，花岗岩石粉在水泥浆体中分散，是水泥浆体的薄弱环节，起到了降低混凝土抗压强度的作用。因此，在花岗岩石粉掺量较小时(不超过5%)，花岗岩石粉对水泥浆体的致密作用为主，花岗岩石粉混凝土抗压强度略有提高，而花岗岩石粉掺量超过5%之后，其降低混凝土强度的作用越发明显，当花岗岩石粉掺量超过20%时，混凝土抗压强度有较大程度的降低。

5)减水剂，聚羧酸高性能减水剂，固含量为23.4%，减水率为29.5%。

2.3 花岗岩石粉对混凝土劈裂抗拉强度的影响

不同掺量的花岗岩石粉对混凝土劈裂抗拉强度的影响见图3。随着花岗岩石粉掺量的提高，混凝土劈裂抗拉强度逐渐降低，28 d龄期时，花岗岩石粉掺量5%、10%、15%、20%、25%的混凝土H-5、H-10、H-15、H-20、H-25劈裂抗拉强度分别为4.01 MPa、3.87 MPa、3.60 MPa、3.51 MPa、3.02 MPa，分别比纯水泥对比组H-0混凝土4.12 MPa下降了2.7%、6.1%、12.6%、14.8%、26.7%，其中花岗岩石粉掺量25%时下降幅度最大，超过了20%，因此从劈裂抗拉强度的角度出发，花岗岩石粉掺量同样建议不超过20%。花岗岩石粉混凝土劈裂抗拉强度之所以随着花岗岩石粉掺量的增大逐渐降低，是因为混凝土劈裂抗拉强度主要由混凝土中浆体强度决定，而花岗岩石粉的掺入使得水泥浆体中薄弱环节增多，因此降低了混凝土劈裂抗拉强度。

2.4 花岗岩石粉对混凝土弹性模量的影响

不同掺量的花岗岩石粉对混凝土抗压弹性模量的影响见图4。随着花岗岩石粉掺量的增加，混凝土抗压弹性模量呈现下降趋势，当花岗岩石粉掺量超过15%时，弹性模量下降更为明显，其中纯水泥H-0对比组28 d抗压弹性模量为39.7 GPa，而花岗岩石粉掺量25%的H-25组抗压弹性模量为35.6 GPa，下降了10.3%。主要原因是花岗岩石粉掺入水泥浆体中，稀释了水泥颗粒分布，造成水泥浆体整体刚度下降，进而造成混凝土弹性模量降低。