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近年來(lái)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)力度不斷加大，作為混凝土優(yōu)質(zhì)摻合料的粉煤灰和礦粉日益短缺。由于市場(chǎng)需求大、利潤(rùn)豐厚，許多不法商家供應(yīng)的粉煤灰和礦粉都存在以次充好的情況，向粉煤灰和礦粉中摻入了大量的不明來(lái)源的工業(yè)廢渣，導(dǎo)致粉煤灰和礦粉的質(zhì)量波動(dòng)大。由于粉煤灰和礦粉自身的化學(xué)體系較為復(fù)雜，難以通過(guò)便捷的方法迅速地檢定其質(zhì)量，因此給混凝土的質(zhì)量控制帶來(lái)了較大難度[1-2]。

磨細(xì)石粉（石粉）主要是石灰?guī)r經(jīng)機(jī)械加工后小于 0.16mm 的微細(xì)粒，在國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用多年，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)混凝土學(xué)界的熱捧[3-8]。本公司試驗(yàn)人員也對(duì)其展開(kāi)了深入的研究，并嘗試找出一條便捷的快速檢測(cè)方法，為未來(lái)更好地控制混凝土的質(zhì)量提供技術(shù)儲(chǔ)備。

1  原材料

水泥：金峰 P·O42.5 水泥，3d 水泥強(qiáng)度為 28.3MPa； 28d 水泥強(qiáng)度為49.5MPa；
礦粉：蘇州馬嘉礦粉，比表面積 403m2/kg，28d 活性指數(shù) 99%；
粉煤灰：蘇州望電 Ⅱ 級(jí)灰，45μm 方孔篩篩余 18%，燒失量 1.5%；
粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.5%；
細(xì)骨料：中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.7%；
水：市政自來(lái)水；
減水劑：蘇州弗克 RX-1 型聚羧酸高性能減水劑，減水率25%。
磨細(xì)石粉：比表面積為 500 m2/kg。
影響磨細(xì)石粉的質(zhì)量指標(biāo)主要有兩個(gè)，其一是細(xì)度，可以方便地用負(fù)壓篩或勃氏比表面積儀測(cè)出；其二是石粉中的CaCO3 的純度。

石粉中的 CaCO3 的純度可以通過(guò)檢測(cè)的 CO2 含量間接地反映，方法亦可以有兩種：（1）可以測(cè)定其燒失量來(lái)間接反映CaCO3 的純度，（2）可以通過(guò)向磨細(xì)石粉中加入過(guò)量鹽酸，待反映完畢后，稱(chēng)量鹽酸所不能溶解的物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)間接反映 CaCO3的純度。這兩種方法操作簡(jiǎn)便，對(duì)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)員的要求均不高，檢測(cè)迅速。雖然這兩種方法并不能區(qū)分 CaCO3 和 MgCO3，但由于CaCO3 和 MgCO3 對(duì)混凝土強(qiáng)度和和易性的影響差異并不明顯，所以這種快速檢測(cè)方法對(duì)于混凝土的質(zhì)量控制非常實(shí)用。

表1   粉料化學(xué)成分分析    %

原料	Loss	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3
石灰石	42.59	1.80	0.61	0.23	54.93	0.32	－
水泥	－	28.33	3.31	3.93	57.32	3.12	2.38
粉煤灰	1.5	47.9	9.37	6.82	6.96	0.75	－
礦粉	－	31.55	5.45	2.34	45.77	6.3	－

2  試驗(yàn)方法

膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)：按 GB /T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，參照GB/T1596—2005 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》檢測(cè)粉煤灰和磨細(xì)石粉的活性。
混凝土拌合物性能試驗(yàn)：按 GB/T50080—2002 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)：按 GB/T50081—2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。
混凝土的干縮性能試驗(yàn)：混凝土變形按 DL/ T5150—2001《 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》 之 4. 9  進(jìn)行測(cè)試。
混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)：采用頂面直徑為 175mm、底面直徑為 185mm、高度為 150mm 的圓臺(tái)體試件，按照J(rèn)TJ053—1994 《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。

3  試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1  磨細(xì)石粉代替粉煤灰的對(duì)混凝土工作性能的影響

調(diào)整混凝土的配合比，分別檢測(cè)低、中、高強(qiáng)度等級(jí)（C15/C30/C50）混凝土中磨細(xì)石粉代替粉煤灰后混凝土的工作性能：測(cè)定混凝土的坍落度、擴(kuò)展度，并用倒坍落度筒的方法檢測(cè)混凝土的流動(dòng)性能。

表 2    混凝土配合比   　　　   　  kg/m3

強(qiáng)度  等級(jí)	水泥	礦粉	粉煤灰/石粉	細(xì)骨料	粗骨料	RX-1	水
C15	200	50	50	850	1043	2.0	185
C30	240	60	60	800	1066	3.6	170
C50	300	80	80	750	1050	5.5	160

表 3    磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土工作性能的影響

配合比  序號(hào)	混凝土強(qiáng)度等級(jí)/摻合料種類(lèi)	坍落度  (mm)	擴(kuò)展度  (mm×mm)	倒筒時(shí)間（s）
1	C15/粉煤灰	180	300×300	－
2	C15/磨細(xì)石粉	190	300×350	－
3	C30/粉煤灰	190	400×400	－
4	C30/磨細(xì)石粉	190	450×500	－
5	C50/粉煤灰	200	550×550	27
6	C50/磨細(xì)石粉	230	650×700	12

磨細(xì)石粉代替粉煤灰后，在低、中、高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中其工作性能都有一定程度的提升，尤其是高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，由于膠凝材料總量較高，使用粉煤灰時(shí)其粘度較大，擴(kuò)展度相對(duì)較低，倒坍落度筒時(shí)間較長(zhǎng)，而在使用磨細(xì)石粉時(shí)，這種粘度大的情況大為改善，混凝土流動(dòng)性能變得較為理想。據(jù)分析，磨細(xì)石粉的需水量比要低于粉煤灰，磨細(xì)石粉起到了減水作用，所以在未調(diào)整混凝土用水量的前提下，混凝土的工作性必然得到改善，此外圓整度較高的石粉還起到微滾珠作用，減小了砂石間的摩擦力，從而改善了混凝土的和易性。

3.2  磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)水泥和混凝土力學(xué)性能的影響

參照 GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》測(cè)定磨細(xì)石粉及粉煤灰的需水量比和活性指數(shù)，并參照GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》檢驗(yàn)?zāi)ゼ?xì)石粉取代粉煤灰后混凝土的 7d 和 28d 強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)表 4。

表 4   不同細(xì)度磨細(xì)石粉的需水量比和活性指數(shù)

序號(hào)	膠材種類(lèi)	需水量比  (%)	活性指數(shù)
			7d	28d
1	粉煤灰	98	61.8	68.7
2	磨細(xì)石粉	91	68.8	72.4

表5  磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

序號(hào)	強(qiáng)度等級(jí)	摻合料種類(lèi)	抗壓強(qiáng)度（MPa）
			7d	28d
1	C15	粉煤灰	12.3	20.7
2	C15	磨細(xì)石粉	12.7	21.2
3	C30	粉煤灰	24.9	38.9
4	C30	磨細(xì)石粉	26.1	39.7
5	C50	粉煤灰	40.3	60.3
6	C50	磨細(xì)石粉	48.1	63.1

結(jié)果顯示，在膠砂體系中，磨細(xì)石粉相較于粉煤灰有更低的需水量比，更高的活性指數(shù)，早期的活性指數(shù)更為明顯。在混凝土中，磨細(xì)石粉相對(duì)于粉煤灰有著更好的活性，并且早期活性的提升更為突出，強(qiáng)度等級(jí)越高，其相較于粉煤灰的優(yōu)勢(shì)越明顯。這是因?yàn)槭墼谒嗨缙趯?duì)Ca(OH)2 和 C-S-H 的形成起晶核作用，加速了熟料礦物特別是 C3S 礦物的水化，有利于早期強(qiáng)度的改進(jìn)；而粒徑較小、顆粒圓整度較高的磨細(xì)石粉由于其良好的填隙作用導(dǎo)致膠砂和混凝土試塊的密實(shí)度增加，因而其28d 強(qiáng)度（活性指數(shù)）亦高于粉煤灰，在富膠凝體系中，這種填隙作用更為明顯，所以高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中使用磨細(xì)石粉更有優(yōu)勢(shì)。粉煤灰雖然具有火山灰效應(yīng)，但大量的試驗(yàn)證明，在硅酸鹽體系中，粉煤灰活性的發(fā)揮一般在60d 以后才變得明顯。

3.3  磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土干縮性能的影響

表 6   磨細(xì)石粉取代粉煤灰后對(duì)混凝土干縮性能的影響

序號(hào)		1	2	3	4	5	6
干縮  性能  (×10-6)	1d	23	25	34	36	48	45
	3d	82	84	89	91	95	96
	7d	146	148	152	154	162	162
	28d	342	343	341	339	364	367
	60d	438	432	415	412	426	424
	90d	489	481	473	465	485	459

從表 6 混凝土干縮結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，磨細(xì)石粉取代粉煤灰后其早期干縮率相當(dāng)，但長(zhǎng)齡期干縮率在下降，原因在于石粉中許多微細(xì)粒子具有填充作用，使混凝土孔結(jié)構(gòu)細(xì)化并增加了毛細(xì)孔的曲折程度，適量的石粉對(duì)混凝土的干縮起到了一定的抑制作用。雖然磨細(xì)石粉在水泥水化早期有促進(jìn)熟料礦物水化的性能，這種水化的加速會(huì)導(dǎo)致混凝土的干縮增加，但由于其對(duì)孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化作用抵消了這部分的干縮值，因此，從整體來(lái)看，磨細(xì)石粉替代粉煤灰后有利于混凝土干縮性能的改善。

3.4  磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

表 7   磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

序號(hào)	混凝土強(qiáng)度等級(jí)	摻合料種類(lèi)	相對(duì)滲透系數(shù)  （×10-6mm/s）
1	C15	粉煤灰	5.44
2	C15	磨細(xì)石粉	4.83
3	C30	粉煤灰	3.52
4	C30	磨細(xì)石粉	2.41
5	C50	粉煤灰	1.02
6	C50	磨細(xì)石粉	0.54

抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果顯示：磨細(xì)石粉取代粉煤灰后，相對(duì)滲透系數(shù)都有所降低，其主要原因也是由于粒徑較小、顆粒圓整度較高的磨細(xì)石粉由于其良好的填隙作用導(dǎo)致了混凝土的密實(shí)度增加，檢測(cè)試件的碳化發(fā)現(xiàn)磨細(xì)石粉取代粉煤灰后混凝土的碳化深度明顯降低，這也從另一方面反映了磨細(xì)石粉對(duì)混凝土抗?jié)B性能的改善作用。

4  結(jié)論

（1）磨細(xì)石粉取代粉煤灰后混凝土的工作性能明顯改善，尤其在應(yīng)用于低水膠比、高強(qiáng)度混凝土?xí)r，可顯著降低混凝土的粘度，提升混凝土的流動(dòng)性能。

（2）磨細(xì)石粉并非一種惰性材料，相較于粉煤灰其 7d 和 28d 活性都有所提高，早期活性的提高更為明顯。

（3）磨細(xì)石粉由于其良好的填隙作用和對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化作用，取代粉煤灰后混凝土的收縮和抗?jié)B等耐久性指標(biāo)也明顯改善。