混凝土的原材料最開始只有水泥、水和砂石。為了節約水泥、改善混凝土性能,在拌制混凝土時常摻入具有膠凝性的?；郀t礦渣和熱電廠產生的煤灰經磨細后的摻合料,這兩者從工業廢棄物也變成了現在供不應求的礦產品。然而,隨著近幾十年來國內外工程建設的迅速發展,逐漸面臨粉煤灰緊缺問題。而我國也出現了這樣的問題,特別是西南地區粉煤灰供應緊張,其他地區也經常出現粉煤灰脫銷的情況。因此需要尋找一種容易獲取、質優價廉的新型摻合料。近年來隨著天然砂資源的枯竭,使得人工砂的應用變得普遍,而隨之也產生了一種新的工業廢棄物---石粉。

由于人們缺乏對石粉的認識,認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,又造成了環境污染。廢棄石粉的堆積占據了大量土地,如何處理是一個亟待解決的問題。因此,經濟合理地利用這些石粉,既能夠消除石粉對環境的污染,又能夠為機制砂的生產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用成為可能。近幾年來,石粉在混凝土中應用已逐漸成為一種趨勢。

1.石粉在混凝土中的作用機理

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

2.石粉部分取代細骨料

石粉在一定摻量范圍內可起到填充密實和微集料效應,能明顯改善新拌混凝土的和易性,而對混凝土的凝結時間幾乎沒有影響,可提高混凝土的強度和抗滲性能,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骨料,并取得了良好的效果。

國內有學者曾提出對水泥、粉煤灰和石粉三元復合膠凝材料的研究。水泥、粉煤灰和石粉三者顆粒間發生“填充效應”,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，通過試驗提出的優化配合比為:水泥34%、磨細錳鐵礦渣23%、石灰石粉43%,組成三元復合膠凝材料。這方面許多研究是結合實際工程進行的,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,研究主要針對強度、干縮、抗滲性能及抗凍性能這幾個工程常用指標進行。

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發生二次水化反應,產生后期強度和填充空隙,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格相對昂貴的硅粉或礦渣,對于解決實際工程的原材料緊缺問題、降低工程造價以及對環保等將具有重大的現實意義。

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

傳統觀點認為,石粉是一種惰性材料,細度很小,它不但可以補充混凝土中缺少的細顆粒,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國內外石粉作為混凝土摻合料的應用現狀

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,而抗壓強度、劈拉強度和抗滲性能均能得到保證。實驗得到石粉含量為18%左右時，碾壓混凝土拌和物性能顯著改善，且可進一步提高，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,其壩體防滲及強度均能滿足設計要求[3]。國外得出的結論與國內成果基本一致,石粉能在一定程度上對改善混凝土的宏觀性能起到促進作用。

3.3國內外研究的不足

目前石粉作為摻合料的應用研究較少,研究的主要內容為對混凝土宏觀性能的影響,對微觀結構、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實意義及目前對與摻石粉碾壓混凝土復合膠凝材料水化特性研究的嚴重不足,有必要對其做更為全面深入的研究,這能夠極大推動石粉作為摻合料在碾壓混凝土中的應用,對減少環境污染、降低工程造價、緩解資源危機和推動我國國民經濟建設的可持續發展將起到巨大的促進作用。

4.結論

在粉煤灰相對匱乏的地區,或長距離運輸粉煤灰影響碾壓混凝土筑壩經濟性的情況下，以石粉代替部分粉煤灰應用于碾壓混凝土，既可以降低工程造價，又可以保護環境，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，具有良好的經濟效益和社會效益，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，設計出滿足施工要求的配合比是完全可行的。

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