混凝土的原材料最開始只有水泥、水和砂石。為了節(jié)約水泥、改善混凝土性能,在拌制混凝土?xí)r常摻入具有膠凝性的粒化高爐礦渣和熱電廠產(chǎn)生的煤灰經(jīng)磨細(xì)后的摻合料,這兩者從工業(yè)廢棄物也變成了現(xiàn)在供不應(yīng)求的礦產(chǎn)品。然而,隨著近幾十年來國內(nèi)外工程建設(shè)的迅速發(fā)展,逐漸面臨粉煤灰緊缺問題。而我國也出現(xiàn)了這樣的問題,特別是西南地區(qū)粉煤灰供應(yīng)緊張,其他地區(qū)也經(jīng)常出現(xiàn)粉煤灰脫銷的情況。因此需要尋找一種容易獲取、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型摻合料。近年來隨著天然砂資源的枯竭,使得人工砂的應(yīng)用變得普遍,而隨之也產(chǎn)生了一種新的工業(yè)廢棄物---石粉。

由于人們?nèi)狈κ鄣恼J(rèn)識,認(rèn)為它是對混凝土有害,因此不能加以利用。這樣既造成了資源浪費(fèi),又造成了環(huán)境污染。廢棄石粉的堆積占據(jù)了大量土地,如何處理是一個(gè)亟待解決的問題。因此,經(jīng)濟(jì)合理地利用這些石粉,既能夠消除石粉對環(huán)境的污染,又能夠?yàn)闄C(jī)制砂的生產(chǎn)和使用消除后顧之憂。石粉的形成過程使其具有較大的比表面積,一般在600m2/kg以上,使得其作為摻合料在混凝土中應(yīng)用成為可能。近幾年來,石粉在混凝土中應(yīng)用已逐漸成為一種趨勢。

1.石粉在混凝土中的作用機(jī)理

關(guān)于石粉在混凝土中的作用機(jī)理主要有兩種觀點(diǎn):一種觀點(diǎn)認(rèn)為石粉沒有活性,在混凝土中起填充效應(yīng)。石粉對膠凝材料起到一定填充效應(yīng),能夠改善混凝土的孔隙特征、漿和集料的界面結(jié)構(gòu);另一種觀點(diǎn)認(rèn)為石粉具有一定的火山灰活性,能夠發(fā)揮火山灰效應(yīng)。除了以上兩種作用,石粉還能參與水泥水化反應(yīng),對混凝土的工作性和耐久性都有一定影響。根據(jù)石粉的作用機(jī)理，石粉在混凝土中的可取代部分細(xì)骨料或者作為碾壓混凝土摻合料。

2.石粉部分取代細(xì)骨料

石粉在一定摻量范圍內(nèi)可起到填充密實(shí)和微集料效應(yīng),能明顯改善新拌混凝土的和易性,而對混凝土的凝結(jié)時(shí)間幾乎沒有影響,可提高混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能,還可減少水泥用量,可以降低絕熱溫升,這對于減小溫度應(yīng)力、提高混凝土抗裂性能是非常有利的。在我國,普定、巖灘、江埡、汾河二庫、白石、黃丹等水電工程中,均采用了石粉取代部分細(xì)骨料,并取得了良好的效果。

國內(nèi)有學(xué)者曾提出對水泥、粉煤灰和石粉三元復(fù)合膠凝材料的研究。水泥、粉煤灰和石粉三者顆粒間發(fā)生“填充效應(yīng)”,顆粒間的空隙減小,使空隙水減少,自由水增加,則漿體的流變性增大。他們研究水泥、粉煤灰和石粉三元粉體體系對漿體流變性的影響，通過試驗(yàn)提出的優(yōu)化配合比為:水泥34%、磨細(xì)錳鐵礦渣23%、石灰石粉43%,組成三元復(fù)合膠凝材料。這方面許多研究是結(jié)合實(shí)際工程進(jìn)行的,主要方式是以石粉代砂(或砂中石粉含量較高),石粉粒徑通常要求為80μm以下,研究主要針對強(qiáng)度、干縮、抗?jié)B性能及抗凍性能這幾個(gè)工程常用指標(biāo)進(jìn)行。

在碾壓混凝土筑壩材料中，粉煤灰具有舉足輕重的地位，粉煤灰在混凝土中的作用主要是與水泥水化生成的Ca(OH)2發(fā)生二次水化反應(yīng),產(chǎn)生后期強(qiáng)度和填充空隙,改善混凝土和易性。我國碾壓混凝土筑壩材料的特點(diǎn)是低膠凝材料用量、高粉煤灰摻量(50%~70%)。如果要保持相同的坍落度,則摻石粉的混凝土用水量可以減少,這就會影響混凝土的諸多性能。石粉是一種容易得到且價(jià)廉的材料,骨料的加工過程中也會帶來大量的石粉,如果不加以利用,不僅要占用場地堆放,而且會對環(huán)境造成污染。如果能將其稍作加工后作為摻合料使用,替代日益緊缺的粉煤灰和價(jià)格相對昂貴的硅粉或礦渣,對于解決實(shí)際工程的原材料緊缺問題、降低工程造價(jià)以及對環(huán)保等將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。

3.石粉作為混凝土摻合料

3.1石粉作為混凝土摻合料的可行性與意義

傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為,石粉是一種惰性材料,細(xì)度很小,它不但可以補(bǔ)充混凝土中缺少的細(xì)顆粒,增大固體的表面積對水體積的比例,從而減少泌水和離析,而且石粉能和水泥與水形成柔軟漿體,改善混凝土的和易性。

3.2國內(nèi)外石粉作為混凝土摻合料的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國在一些水電工程中,采用了石粉作為摻合料取代部分水泥,得到了成功應(yīng)用。例如,龍灘水電站采用石粉取代25%的粉煤灰,共同作為混凝土摻合料,這對碾壓混凝土的VC值影響不大,而抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和抗?jié)B性能均能得到保證。實(shí)驗(yàn)得到石粉含量為18%左右時(shí)，碾壓混凝土拌和物性能顯著改善，且可進(jìn)一步提高，微石粉已成為碾壓混凝土摻和料的重要組成部分。國外也對此進(jìn)行了大量研究,如日本的千屋壩,即以石粉代替了55%的粉煤灰用于碾壓混凝土,其壩體防滲及強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求[3]。國外得出的結(jié)論與國內(nèi)成果基本一致,石粉能在一定程度上對改善混凝土的宏觀性能起到促進(jìn)作用。

3.3國內(nèi)外研究的不足

目前石粉作為摻合料的應(yīng)用研究較少,研究的主要內(nèi)容為對混凝土宏觀性能的影響,對微觀結(jié)構(gòu)、膠凝材料體系的水化特性及石粉在膠凝材料體系水化中的作用機(jī)理等方面的研究工作還未全面開展。由于石粉可作為將來摻合料的重大現(xiàn)實(shí)意義及目前對與摻石粉碾壓混凝土復(fù)合膠凝材料水化特性研究的嚴(yán)重不足,有必要對其做更為全面深入的研究,這能夠極大推動(dòng)石粉作為摻合料在碾壓混凝土中的應(yīng)用,對減少環(huán)境污染、降低工程造價(jià)、緩解資源危機(jī)和推動(dòng)我國國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展將起到巨大的促進(jìn)作用。

4.結(jié)論

在粉煤灰相對匱乏的地區(qū),或長距離運(yùn)輸粉煤灰影響碾壓混凝土筑壩經(jīng)濟(jì)性的情況下，以石粉代替部分粉煤灰應(yīng)用于碾壓混凝土，既可以降低工程造價(jià)，又可以保護(hù)環(huán)境，還可以降低混凝土的溫升，提高碾壓混凝土的和易性和可碾性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，且有助于提高大體積碾壓混凝土的抗裂性。因此考慮用石粉取代部分細(xì)骨料或者采用石粉作為碾壓混凝土的摻和料代替部分粉煤灰，設(shè)計(jì)出滿足施工要求的配合比是完全可行的。

本文資源來自互聯(lián)網(wǎng)，旨在交流信息分享技術(shù)，如有侵權(quán)，請及時(shí)聯(lián)系，我們將在第一時(shí)間予以刪除處理。