磨细石粉在混凝土中的应用.docx
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磨细石粉在混凝土中的应用
磨细石粉在混凝土中的应用
磨细石粉在混凝土中的应用
本文着重研究了磨细石粉作为掺合料在混凝土中的应用，结果表明：
磨细石粉并非一种惰性材料，其代替粉煤灰应用于混凝土中时，混凝土的工作性能、抗压强度明显提高，收缩和抗渗等耐久性指标也明显改善。
尤其在应用于低水胶比、高强度混凝土时，可显著降低混凝土的粘度，提升混凝土的流动性能。
［关键词］磨细石粉；混凝土；工作性；耐久性
前言
近年来随着国家经济的快速发展，基础建设力度不断加大，作为混凝土优质掺合料的粉煤灰和矿粉日益短缺。
由于市场需求大、利润丰厚，许多不法商家供应的粉煤灰和矿粉都存在以次充好的情况，向粉煤灰和矿粉中掺入了大量的不明来源的工业废渣，导致粉煤灰和矿粉的质量波动大。
由于粉煤灰和矿粉自身的化学体系较为复杂，难以通过便捷的方法迅速地检定其质量，因此给混凝土的质量控制带来了较大难度。
磨细石粉（石粉）主要是石灰岩经机械加工后小于0.16mm的微细粒，在国外已经应用多年，近年来受到了国内混凝土学界的热捧。
本公司试验人员也对其展开了深入的研究，并尝试找出一条便捷的快速检测方法，为未来更好地控制混凝土的质量提供技术储备。
1、原材料
水泥：
金峰P·O42.5水泥，3d水泥强度为28.3MPa；28d水泥强度为49.5MPa；
矿粉：
苏州马嘉矿粉，比表面积403m2/kg，28d活性指数99%；
粉煤灰：
苏州望电Ⅱ级灰，45μm方孔筛筛余18%，烧失量1.5%；
粗骨料：
5～31.5mm碎石，含泥量0.5%；
细骨料：
中粗砂，细度模数2.7，含泥量1.7%；
水：
市政自来水；
减水剂：
苏州弗克RX-1型聚羧酸高性能减水剂，减水率25%。
磨细石粉：
比表面积为500m2/kg。
影响磨细石粉的质量指标主要有两个，其一是细度，可以方便地用负压筛或勃氏比表面积仪测出；其二是石粉中的CaCO3的纯度。
石粉中的CaCO3 的纯度可以通过检测的CO2含量间接地反映，方法亦可以有两种：
（1）可以测定其烧失量来间接反映CaCO3的纯度，
（2）可以通过向磨细石粉中加入过量盐酸，待反映完毕后，称量盐酸所不能溶解的物质的质量来间接反映CaCO3的纯度。
这两种方法操作简便，对实验室和实验员的要求均不高，检测迅速。
虽然这两种方法并不能区分CaCO3和MgCO3，但由于CaCO3和MgCO3对混凝土强度和和易性的影响差异并不明显，所以这种快速检测方法对于混凝土的质量控制非常实用。
表1粉料化学成分分析%
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
－
矿粉
－
31.55
5.45
2.34
45.77
6.3
－
2、试验方法
胶砂强度试验：
按GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》标准进行测试，参照GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》检测粉煤灰和磨细石粉的活性。
混凝土拌合物性能试验：
按GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》标准进行测试。
混凝土力学性能试验：
按GB/T50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法》标准进行测试。
混凝土的干缩性能试验：
混凝土变形按DL/T5150—2001《水工混凝土试验规程》之4.9 进行测试。
混凝土抗渗性能试验：
采用顶面直径为175mm、底面直径为185mm、高度为150mm的圆台体试件，按照JTJ053—1994《公路工程水泥混凝土试验规程》进行。
3、试验结果及分析
3.1磨细石粉代替粉煤灰的对混凝土工作性能的影响
调整混凝土的配合比，分别检测低、中、高强度等级（C15/C30/C50）混凝土中磨细石粉代替粉煤灰后混凝土的工作性能：
测定混凝土的坍落度、扩展度，并用倒坍落度筒的方法检测混凝土的流动性能。
表2混凝土配合比kg/m3
强度
等级
水泥
矿粉
粉煤灰/石粉
细骨料
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磨细石粉代替粉煤灰对混凝土工作性能的影响
配合比
序号
混凝土强度等级/掺合料种类
坍落度
（mm）
扩展度
（mm×mm）
倒筒时间（s）
1
C15/粉煤灰
180
300×300
－
2
C15/磨细石粉
190
300×350
－
3
C30/粉煤灰
190
400×400
－
4
C30/磨细石粉
190
450×500
－
5
C50/粉煤灰
200
550×550
27
6
C50/磨细石粉
230
650×700
12
磨细石粉代替粉煤灰后，在低、中、高强度等级混凝土中其工作性能都有一定程度的提升，尤其是高强度等级混凝土，由于胶凝材料总量较高，使用粉煤灰时其粘度较大，扩展度相对较低，倒坍落度筒时间较长，而在使用磨细石粉时，这种粘度大的情况大为改善，混凝土流动性能变得较为理想。
据分析，磨细石粉的需水量比要低于粉煤灰，磨细石粉起到了减水作用，所以在未调整混凝土用水量的前提下，混凝土的工作性必然得到改善，此外圆整度较高的石粉还起到微滚珠作用，减小了砂石间的摩擦力，从而改善了混凝土的和易性。
3.2磨细石粉代替粉煤灰对水泥和混凝土力学性能的影响。
参照GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》测定磨细石粉及粉煤灰的需水量比和活性指数，并参照GB/T50081－2002《普通混凝土力学试验方法》检验磨细石粉取代粉煤灰后混凝土的7d和28d强度，结果见表4。
表4、不同细度磨细石粉的需水量比和活性指数
序号
胶材种类
需水量比
（%）
活性指数
7d
28d
1
粉煤灰
98
61.8
68.7
2
磨细石粉
91
68.8
72.4
表5磨细石粉代替粉煤灰对混凝土抗压强度的影响
序号
强度等级
掺合料种类
抗压强度（MPa）
7d
28d
1
C15
粉煤灰
12.3
20.7
2
C15
磨细石粉
12.7
21.2
3
C30
粉煤灰
24.9
38.9
4
C30
磨细石粉
26.1
39.7
5
C50
粉煤灰
40.3
60.3
6
C50
磨细石粉
48.1
63.1
结果显示，在胶砂体系中，磨细石粉相较于粉煤灰有更低的需水量比，更高的活性指数，早期的活性指数更为明显。
在混凝土中，磨细石粉相对于粉煤灰有着更好的活性，并且早期活性的提升更为突出，强度等级越高，其相较于粉煤灰的优势越明显。
这是因为石粉在水泥水化早期对Ca（OH）2 和C-S-H的形成起晶核作用，加速了熟料矿物特别是C3S矿物的水化，有利于早期强度的改进；而粒径较小、颗粒圆整度较高的磨细石粉由于其良好的填隙作用导致胶砂和混凝土试块的密实度增加，因而其28d强度（活性指数）亦高于粉煤灰，在富胶凝体系中，这种填隙作用更为明显，所以高强度等级混凝土中使用磨细石粉更有优势。
粉煤灰虽然具有火山灰效应，但大量的试验证明，在硅酸盐体系中，粉煤灰活性的发挥一般在60d以后才变得明显。
3.3磨细石粉代替粉煤灰对混凝土干缩性能的影响
表6磨细石粉取代粉煤灰后对混凝土干缩性能的影响
序号
1
2
3
4
5
6
干缩
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
从表6混凝土干缩结果可以发现，磨细石粉取代粉煤灰后其早期干缩率相当，但长龄期干缩率在下降，原因在于石粉中许多微细粒子具有填充作用，使混凝土孔结构细化并增加了毛细孔的曲折程度，适量的石粉对混凝土的干缩起到了一定的抑制作用。
虽然磨细石粉在水泥水化早期有促进熟料矿物水化的性能，这种水化的加速会导致混凝土的干缩增加，但由于其对孔结构的细化作用抵消了这部分的干缩值，因此，从整体来看，磨细石粉替代粉煤灰后有利于混凝土干缩性能的改善。
3.4磨细石粉代替粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响
表7磨细石粉代替粉煤灰对混凝土抗渗性能的影响
序号
混凝土强度等级
掺合料种类
相对渗透系数
（×10-6mm/s）
1
C15
粉煤灰
5.44
2
C15
磨细石粉
4.83
3
C30
粉煤灰
3.52
4
C30
磨细石粉
2.41
5
C50
粉煤灰
1.02
6
C50
磨细石粉
0.54
抗渗试验结果显示：
磨细石粉取代粉煤灰后，相对渗透系数都有所降低，其主要原因也是由于粒径较小、颗粒圆整度较高的磨细石粉由于其良好的填隙作用导致了混凝土的密实度增加，检测试件的碳化发现磨细石粉取代粉煤灰后混凝土的碳化深度明显降低，这也从另一方面反映了磨细石粉对混凝土抗渗性能的改善作用。
4、结论
（1）磨细石粉取代粉煤灰后混凝土的工作性能明显改善，尤其在应用于低水胶比、高强度混凝土时，可显著降低混凝土的粘度，提升混凝土的流动性能。
（2）磨细石粉并非一种惰性材料，相较于粉煤灰其7d和28d活性都有所提高，早期活性的提高更为明显。
（3）磨细石粉由于其良好的填隙作用和对混凝土孔结构的细化作用，取代粉煤灰后混凝土的收缩和抗渗等耐久性指标也明显改善。
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