曹斌
辽宁科技学院, 辽宁 本溪 117004
[摘要]：我国花岗岩石粉产量巨大，资源化利用水平不高，大量的花岗岩石粉堆积，导致资源浪费和严重的生态环境问题。为实现花岗岩石粉的资源化利用，本文研究岗岩石粉替代水泥在混凝土中的应用，通过研究不同掺量下混凝土的抗压、抗冻及抗渗的性能。本文针对辽宁省某花岗岩加工产生的石粉，研究其等量替代水泥用于混凝土后的强度、抗冻性及抗渗的影响机理。对综合利用花岗岩石粉有一定的参考价值。
[关键字]：混凝土、花岗岩石粉、固提废弃物、实验研究
引言
我国石材产量巨大，但我国废弃矿物资源化利用普及率不高，一方面造成了资源的大量浪费，另一方面会对生态环境产生较大影响。为了达到降低能耗控制成本和实现废弃花岗岩石粉的回收利用要求，国内外对此领域进行了大量的科学研究，主要集中在制成建筑材料、陶瓷材料以及直接填埋等方面。
1 实验原材料
1.1花岗岩石粉
花岗岩石粉为辽宁省某石材加工厂生产过程中产生的废料。为充分利用花岗岩石粉，分别进行化学成分、级配、密度、比表面积的测定。筛分结果如表1所示。
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经测定其花岗岩石粉密度为 2650 kg/m3；比表面积为2410.32m2/kg；利用XRD测定可以认为花岗岩石粉为惰性材料，花岗岩石粉在混凝土中主要起填充作用。
1.2水泥
水泥为当地出产的 P·C 42.5水泥。
1.3碎石
本次试验所用石子为 5~20mm 粒径，在使用前先经过水洗，去除表面附着的砂子泥土等杂质，碎石表观密度为 2678 kg/m3。
1.4砂
选用当地生厂的河砂，经测定其表观密度为 2698kg/m3。经计算其细度模数为2.7，可判断其为中砂。
1.5减水剂
本次试验所用减水剂为萘系高效减水剂，具有非引气、超塑化、高效减水和增强等功能最大减水率 25%。
2实验方案
利用花岗岩石粉等量替代水泥配置C30混凝土，其他组成配比不变，替代率为5%、10%、15%、20%，分别进行抗压实验、抗渗透实验、抗冻实验。
2.1抗压实验
制作边长 150mm×150mm×150mm 的立方体混凝土抗压试件，采用机械拌合的方式，养护温度 20±2℃，养护湿度 95%以上，分别与测定3d、7d、28d不同掺量的混凝土试块强度。
2.2抗冻实验
制作3块100mm×100mm×400mm 试块。除达到预定的循环次数外，当冻融循环出现相对动弹性模量降低至初始值的60%或质量损失量为5%时即停止实验。
2.3抗渗实验
采用相对渗透性系数法，制作6块上口直径 175mm×下口直径185mm×高 150mm试块，从中间劈裂，测定渗水高度取平均值，计算混凝土对渗透性系数。
3实验结果与分析
3.1 抗压实验
利用抗压强度试验结果，绘制花岗岩石粉掺量与混凝土抗压强度的关系，如图1所示。
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图1 花岗岩石粉掺量对混凝土强度的影响。
从图1中得到，混凝土强度随掺量的增加呈现先增大后减小的趋势。掺量在5%时，强度提升最大，且随着龄期的增长，提升幅度减弱。掺量大于5%时，强度逐渐下降，下降幅度随龄期的增长逐渐减弱。
3.2 抗冻实验
利用冻融循环实验测试结果，绘制出不同掺量下，质量损坏与冻融循环次数的关系曲线，以及不同掺量下，相对动弹模与冻融循环次数的关系曲线。
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图2 掺量对相对动弹模的影响 图3 掺量对质量损失的影响
由图2可以看出，掺量 5%时混凝土相对动弹模与纯水泥组基本一致，10%掺量以内时，相对动弹性模量损失率不大，掺量大于 10%时损失率逐渐增加。由图3可以看出，掺量 5%时混凝土质量损失率略优于纯水泥组，掺量 10%时，混凝土抗冻性能较纯水泥组没有明显的变化，当掺量增加时混凝土质量损失率逐渐增加。
3.3抗渗透实验
利用抗渗实验结果，绘制掺量对相对渗透性系数的影响，如图4所示。
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图4 掺量对相对渗透系数的影响
由图4可以看出，随着掺量的增加，相对渗透性系数先降低后增加，当掺量为 5%时，混凝土相对渗透性系数最低，掺量为20%时与纯水泥组抗渗性能基本相同。
4 结论
通过对不同花岗岩石粉掺量下混凝土抗压性能、抗冻性能、抗渗性能的实验研究，得到
（1）当花岗岩石粉掺量为 5%时对混凝土强度和抗冻性略有提升，当掺量超过 10%时混凝土抗压强度和抗冻性能下降；花岗岩石粉掺量在20%以内时，混凝土的抗渗透性能随掺量的增加呈现先增强后减弱的趋势，当掺量为 5%时，混凝土相对渗透性系数最低，掺量为20%时与纯水泥组的抗渗能力相近。
（2）花岗岩石粉掺量大于10%即对混凝土抗压和抗冻性能产生不利影响，而掺量在10%~20%时，对混凝土抗渗性能仍有积极作用，可以判定，10%以内的掺量增加了混凝土的密实度，10%~20%的掺量增加了混凝土内部孔隙数量，但产生了较多喉道，从而阻碍了液体在混凝土内部的流动，提高了混凝土的抗渗透行。
（3）在利用花岗岩石粉替代水泥用于普通混凝土时，应控制替代量不超过10%。当对混凝土抗渗性要求较高，而抗压和抗冻性要求不高时，替代率可适当增加至20%。
参考文献：
[1]Bich H, Kaplan H, Ylmazs S. Influence of marble and limestone dusts as additives on somemechanical properties of concrete[J]. Sci Res Essay ,2007,2(9): 372-379.
[2]侯智山.花岗岩石粉等工业废物制备莫来石陶瓷材料的研究与应用[J].石材,2012(07):26-29.