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花岗岩石粉在混凝土中应用的试验研究

发布日期:2019-04-22   浏览次数:

花岗岩石粉在混凝土中应用的试验研究

郭元强

 

摘要:近年来,随着建筑业的繁荣与迅猛发展,以及人们对建筑的审美及装饰鉴赏水平的提高,造成了建筑上对石材的需求十分旺盛,给闽南金三角石材行业带来了黄金时期。石材需求的持续高涨,为地方经济做出了巨大贡献,但同时也带来了难以处理的环境问题。以石材加工业发达的南安为例,每年产生预计100多万吨的石粉废料。经过统计,目前,该地区每年能得到有效处理的石粉废料约70万吨左右,仍有30多万吨石粉未得到有效利用。综合上述实际情况,为解决废弃石粉污染环境问题,亟需寻求有效利用花岗岩石粉避免污染的措施,达到以废治废、变废为宝、节能降耗的目的。

引言

近年来,我国建筑石材加工行业发展迅速,已成为世界最大的石材生产、消费和出口国,全国装饰板材年消耗量超过2.5亿平方米。而闽南金三角是全国石材加工业十分发达的地区,近十年来,随着建筑业的繁荣与迅猛发展,以及人们对建筑的审美及装饰鉴赏水平的提高,造成了建筑上对石材的需求十分旺盛,给石材行业带来了黄金时期。石材需求的持续高涨,为地方经济做出了巨大贡献,但同时也带来了难以处理的环境问题。以石材加工业发达的南安为例,每年产生预计100多万吨的石粉废料。经过统计,目前,该地区每年能得到有效处理的石粉废料约70万吨左右,仍有30多万吨石粉未得到有效利用。随着建设资源节约型、环境友好型社会步伐的加快,亟需寻求有效利用花岗岩石粉避免污染的措施,达到以废治废、变废为宝、节能降耗的目的。

综合上述实际情况,为提高石粉的再利用水平,解决废弃石粉污染环境问题,本文研究了在混凝土中掺入花岗岩石粉的可行性,以达到对废弃石粉的再利用,为改善该地区环境提供一个有效途径。

本文着重介绍了花岗岩石粉的选用,以及掺用花岗岩石粉对混凝土拌合物性能、早期强度与碳化深度的影响研究成果,通过与其他掺合料比对试验,从技术层面提出了花岗岩石粉在混凝土应用中的控制措施。

1 实验用材料

(1)水泥:采用“闽福”牌,42.5R级普通硅酸盐水泥,其性能指标见表1。

(2)碎石:采用花岗岩碎石,5~20mm和5~31.5mm两种粒级,碎石具体性能指标见表2。

(3)砂:厦门某砂厂产净化海砂,质量损失7.2%,堆积密度1470千克每立方米,细度模数2.7,含泥量0.1%。

(4)外加剂:采用福建科之杰生产,Point-400S缓凝型高效减水剂,含固量9.40%,密度1.024克每立方厘米,pH=5.9,减水率20%。

(5)掺合料:比对用掺合料的性能指标见表3。

(6)花岗岩:研究使用的花岗岩石粉来源于南安某石材厂,对其化学成分进行测试,测试结果如表4所示。



 

表4数据结果表明,花岗岩石粉的SiO2含量较高,因此,在实际应用过程中,应对其成分进行分析,以确定花岗岩石粉的用量,避免产生“碱—硅酸盐”反应。

2 实验方案

首先,试验研究采用C30配合比,如表5所示。保持其他用量不变,采用不同掺量的花岗岩石粉等量取代胶凝材料,研究花岗岩石粉对混凝土拌合物性能、力学性能以及后期耐久性能的影响,从而确定使用花岗岩石粉的最佳掺量。其次,采用花岗岩石粉、粉煤灰和磨细灰等量替代水泥,研究花岗岩石粉与其他三种掺合料对混凝土性能的影响。



 

按照GB/T50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行混凝土拌合物性能测定,按照GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行混凝土试块制作、养护和抗压强度测定。

3 实验结果与分析

3.1花岗岩石粉的选用

不同的粉磨时间对花岗岩粉物理性能的影响见表6所示。





 

表6和图1的试验结果表明:花岗岩石粉的比表面积和需水量随粉磨时间的增加而变大;花岗岩石粉的活性指数随着粉磨时间的增加而增大,当粉磨时间大于30min时,随着粉磨时间的增加,活性指数增加的比较缓慢。

图2是花岗岩粉磨时间与成本关系图,花岗岩石粉的粉磨时间每增加15min,则平均成本将增加1.16元/吨,结合图1的活性指数趋势,综合考虑成本因素的影响,粉磨30min的花岗岩石粉具有较高的性价比。因此,选用了粉磨30min的花岗岩石粉进行试验研究。

3.2HF30石粉掺量对混凝土拌合物性能的影响

分别采用10%、20%和30%的HF30替代水泥进行的混凝土性能试验,研究HF30掺量对混凝土的坍落度、扩展度及和易性的性能影响,详见表7。



 

表7的试验结果表明:当掺量不超过20%时,混凝土的坍落度和扩展度随掺量的增加而变大,当等量替代水泥时,相当于增大了混凝土中浆体的含量,花岗岩石粉均匀分布于水泥颗粒之间,改善了混凝土的颗粒级配,使颗粒间空隙减少,自由水增加,拌合物流动性变好;当掺量超过20%时,扩展度继续增大,但坍落度却出现不升反降的现象,混凝土表面出现轻微浮浆的现象。

3.3HF30掺量对混凝土力学性能的影响

表8和图3是HF30在不同掺量情况下,混凝土抗压强度的变化情况。





 

表8和图3试验结果表明:混凝土的28d和60d抗压强度均随HF30掺量的增大而呈下降趋势,其中,28d抗压强度下降幅了4%~12%,60d抗压强度下降了7%~9%;混凝土在不同掺量下,60d抗压强度比28d抗压强度增长了6%~15%。

因此,单独掺入HF30将造成混凝土抗压强度下降。为避免强度出现下滑,建议在HF30中加入适量的活性材料,以改善混凝土性能。

3.4HF30掺量对混凝土碳化性能的影响

HF30掺量对28d和60d混凝土碳化性能的影响如图4所示。



 

图4试验结果表明,随着HF30石粉掺量的增大,28d和60d混凝土碳化深度增加;当掺量在10%时,28d和60d的碳化深度变化不大;随着HF30石粉掺量的加大,28d和60d之间碳化深度的差异不断缩小,达到30%时,碳化深度区域一致。

3.5HF30与其他掺合料的混凝土性能对比

研究选择了区域性使用广泛且具有代表性的三种掺合料,进行同条件下的性能比对试验,用于评价HF30与其他掺合料在混凝土性能方面的差异,4种掺合料的替代水泥掺量为10%。具体试验数据见表9。



 

表9的试验结果表明,4种掺合料替代水泥掺量为10%时,HF30的扩展度最大,其次是粉煤灰1,磨细灰对混凝土拌合物的初始性能影响比较大,扩展度降低了40~55mm;和易性方面,HF30和粉煤灰1的效果较好,改善了混凝土的和易性,磨细灰1和磨细灰2的和易性较差;抗压强度方面,HF30、粉煤灰1和磨细灰2的效果相当,磨细灰1对混凝土后期的抗压强度影响较大,不建议使用。

4 结论

结果表明,花岗岩石粉经过一定时间的粉磨,比表面积达到一定程度,可以替代水泥在混凝土中得到应用,变废为宝,从而达到环保的目的。

通过对花岗岩石粉成分分析和物理性能测试,花岗岩石粉经过30min的粉磨,比表面积达到642立方米每千克左右时,活性最优,成本最为适宜。HF30替代水泥的掺量控制在10%时,对混凝土的和易性有一定的改善作用,并且对混凝土的抗压强度影响不大,随着HF30掺量的增加,混凝土的和易性变差,抗压强度逐渐降低,混凝土碳化深度加深。

HF30与其他掺合料进行对比,初始坍落度、扩展度以及和易性与粉煤灰相当,比磨细灰好,抗压强度方面,HF30、粉煤灰和磨细灰2的效果相当,磨细灰1对混凝土后期的抗压强度影响较大,不建议使用。花岗岩石粉使用时,适宜与其他活性材料按一定比例复配,经试验确定后使用,以改良或提升混凝土性能。

来源:中国知网

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中国砂石协会

2019年04月22日