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