片麻岩石粉对机制砂泵送混凝土的拌合物性能影响研究

文摘 2024-11-17 07:03 河南

目前泵送混凝土应用广泛，其具有施工速度快、易于运输，均匀性好的优点，是目前混凝土浇筑的主要施工方式，尽管城市建筑高度不断攀升，结构复杂性不断提高，混凝土强度不断刷新，超过100MPa的泵送混凝土不足为奇，但C30以下的低标号混凝土仍然占其生产大多数，地坪、回填、公路、非结构部位等不仅混凝土需求量大，而且大部分也采用泵送施工。低标号混凝土通常水泥需求量较低，但是为了达到泵送效果，往往采用大量的粉煤灰、矿粉等掺合料。随着近年来水泥制品的大规模发展，粉煤灰、矿粉都出现短缺，并且价格也水涨船高，因此采用低活性、保证泵送性能的掺合料市场呼之欲出。随JGJ/T318-2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》的发布，关于各岩性石粉的国家、行业、地方标准也相继推出，如GB/T35164-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》、JGT486-2015《混凝土用复合掺合料》、DBJ/T15-240-2022《花岗岩石屑混凝土技术规程》等。

片麻岩的特征与花岗岩相似，都属于火成岩、表现出中碱性，主要矿物成分有长石、云母、石英等，但是片麻岩是特殊的花岗岩在长期应力作用下产生形变，矿物间发生挤压与重结晶作用形成，片麻岩骨料粒形相对较差，针片状含量往往较多，导致其做混凝土骨料难以应用。将片麻岩粉磨制成细微粉料，将其最大化利用于混凝土中，提高成本控制水平。目前粉磨工艺配合智能控制技术不仅突飞猛进、能耗越来越低，粉磨细度也不断提高。胶凝材料、掺合料的性能均得到进一步工业化提升，且对片麻岩这种惰性低品质材料得以应用提供条件。泵送混凝土中为了使混凝土达到泵送条件，水泥浆需求较高，而对于低标号混凝土强度富余的情况下，采用更便宜的低质材料不仅将资源得以合理应用，而且达到可观的经济效益。泵送混凝土关键的不仅是强度，泵送性能则更为关键。基于此，本文重点开展片麻岩石粉对低标号泵送混凝土工作性的影响研究，给片麻岩低品质岩石的应用提供实践基础。

1试验原材料与方法

1.1原材料

本研究所涉及原材料主要包含广州生产的水泥、片麻岩机制砂、减水剂、粉煤灰，其主要性能如表1～表4所示，水为生活用自来水，碎石为片麻岩碎石，粒径为5～25mm，压碎值为5.8%。

另外对于片麻岩石粉，其岩性特征如表5所示，采用实验卧式球磨机，采用5～10mm粒径的骨料进行粉磨，通过不同粉磨时间，分别得到比表面积为291、407、540m²/kg的石粉。

1.2试验方法

混凝土坍落度、扩展度、扩展时间、倒置坍落度筒排空时间、离析率、泌水率、1h后和2h后混凝土坍落度与扩展度损失均按照标准GBT50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[15]进行测试。微观形貌测试采用上海生产的SYD-XW2型的电子图像分析仪。混凝土配合比如表6所示，其中编号1的组分为采用100%粉煤灰的试样，而编号2-4和5-7分别是采用不同细度石粉替代50%粉煤灰和替代100%粉煤灰的试样。

2试验结果分析

2.1坍落度与扩展度

坍落度和扩展度是混凝土生产中最常用的控制指标，在出厂检验和交货检验中占据重要位置，尤其对于泵送施工的混凝土，混凝土过干无法泵送，过稀又容易发生露石堵管。泵送混凝土的坍落度和扩展度应该控制在合适范围，根据泵送经验并结合本原材料的特点，对基准混凝土组分将出机坍落度、扩展度分别控制在180～220mm、540～600mm。得到用水量、外加剂用量分别为168kg/m³、5.5kg/m³。在此用水量与外加剂用量情况下，研究不同比表面积291m²/kg、407m²/kg、540m²/kg花岗岩石粉在替代粉煤灰50%、100%情况下对混凝土坍落度、扩展度的影响，具体结果如图1、图2所示。

从图1、图2可以看到在片麻岩石粉对粉煤灰取代率为50%、100%的条件下，混凝土的坍落度、扩展度随掺入片麻岩石粉比表面积的增加而降低。说明掺入片麻岩石粉之后，混凝土的流动性有所降低，并且随着片麻岩石粉细度的增加，流动性逐渐降低。与粉煤灰相比，采用片麻岩石粉50%取代的组分流动性损失较大，随细度的增加，流动性也逐渐下降，但降幅随细度增加而收窄。

图3显示了放大200倍情况下，粉煤灰与片麻岩石粉的对比，可以看到粉煤灰呈现出明显的圆球形颗粒，与粉煤灰玻璃体特征一致。但是对于片麻岩石粉，可以看到颗粒形貌规则不一，棱角分明，粉末大小分布较大，从球形度角度来看远低于粉煤灰。因此，可以判断正由于较差的颗粒形貌，导致采用片麻岩石粉的组分流动性相对较低。

2.2扩展时间和倒置坍落度筒排空时间

混凝土泵送性的优劣仅用坍落度、扩展度表征是远远不够的，如果混凝土坍落度和扩展度均较大，但是粘稠度较大，依然会给其泵送施工造成不良影响，并且会大大延长混凝土的泵送浇筑时间。对于混凝土粘度而言还并没有直观的指标度量，根据GB/T50080扩展时间和倒置坍落度筒排空时间很好的间接性表征混凝土粘稠度的大小。图4、图5显示了不同取代率、细度石粉对混凝土扩展时间、倒置坍落度筒排空时间的影响。

从上述结果显示采用片麻岩石粉相对粉煤灰，无论是扩展时间还是倒置坍落度筒排空时间都相对增加，充分说明片麻岩的掺入增加了混凝土的粘稠度。而且随着石粉细度的增加，混凝土扩展时间和倒置坍落度筒排空时间均随之增加，充分说明石粉比表面积的增加，导致混凝土需水量的增加，拌合物更加粘稠。因此对于使用片麻岩石粉的混凝土而言，达到和采用粉煤灰混凝土相同的流动性则需要更多的水与外加剂。

2.3离析率和泌水率

混凝土离析与泌水是泵送混凝土施工中常出现的问题，不仅会对混凝土泵送施工产生不利影响，而且脱模后的混凝土容易出现蜂窝麻面，并且伴随集料下沉、分层等不良现象，耐久性会大大不如正常泵送混凝土。

从图6、图7来看，采用片麻岩石粉取代粉煤灰50%、100%的组分在离析率与泌水率方面均比采用粉煤灰的组分低，可见采用片麻岩石粉后，混凝土的抗离析能力和抗泌水能力均得到增强。即使在片麻岩石粉比表面积比粉煤灰低的情况下，离析率和泌水率相对降低5.3%和8.5%。相对粉煤灰的“减水”作用，片麻岩石粉吸附性有所增强，这对水泥浆与集料的包裹性是有积极作用的，由此提高拌合物的抗离析性与抗泌水性，这对混凝土的泵送施工是非常有利的。

在片麻岩石粉不同比表面积的影响方面，随着细度的增加，混凝土的离析率与泌水率得到进一步降低，可见抗离析、抗泌水性能方面都有更进一步保障。

2.4保坍性能对比

混凝土保坍性能对现代材料施工尤其重要，其直接影响混凝土的生产控制与运输距离，保坍性能越好，二次调料几率越低，材料配比的一致性更要保障，这对建筑质量的控制是相当具有积极意义的。该部分对不同比表面积片麻岩石粉替代粉煤灰对拌合物1h、2h后坍落度和扩展度变化做出研究，具体数据如图8～图11显示。

由图8～图11可知，在同等用水量与外加剂用量情况下，采用片麻岩石粉后的保坍能力相对粉煤灰组分都有所减弱。采用片麻岩石粉细度为291m²/kg情况下取代50%粉煤灰时，坍落度和扩展度在过1h后分别降低9.1%和10.0%，2h后分别降低15.9%和13.3%；取代100%粉煤灰时，2h后的坍落度和扩展度分别降低7.5%和5.6%，2h后分别降低12.5%和13.0%，分析原因主要在于减水剂中的保坍成分被石粉吸附，相对粉煤灰起作用的保坍组分相对较少，导致掺入石粉的拌合物保坍性能存在较大幅度的降低。在进一步提高片麻岩石粉细度的情况下，混凝土保坍性能更加不足。但是在对比细度为540m²/kg和407m²/kg的混凝土拌合物，保坍性能下降幅度有所收窄，可见细度的进一步增加对保坍成分的吸附会有所减弱。

3结论

⑴片麻岩石粉50%、100%取代粉煤灰条件下，采用细度为291m²/kg，较粗的石粉以50%、100%取代粉煤灰条件下，混凝土的坍落度分别降低9.1%、13.6%，扩展时间分别增加5.1%、23.1%，倒坍时间分别增加6.7%、20.0%；并且随着片麻岩石粉比表面积从291m²/kg提高至540m²/kg，混凝土初始流动性均逐渐降低。片麻岩石粉相较粉煤灰颗粒圆球度明显不足，并且对水和外加剂的吸附性增强。

⑵相较粉煤灰，采用片麻岩石粉的混凝土在抗离析和抗泌水能力方面有所增加，并且随石粉细度的增加，泌水率和离析率均得到有效降低，这对混凝土的施工性是有积极意义的。

⑶在保坍性能方面，花岗岩石粉表现出明显不足，并且随细度的增加，坍损也随之增加，但是增加幅度有所收窄。因此采为保证混凝土保坍性，采用片麻岩石粉的混凝土需要更多的水与外加剂。（来源：《广东建材》2024.09）

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