大理石粉对水泥浆体力学性能和微观结构的影响研究

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石粉用作混合材在水泥中应用的可行性研究

因此，如何合理有效地利用这些大量的多余石粉已成为目前一个亟待解决的难题。许多专家对掺入石粉对混凝土性能的影响做了大量的研究，但对石粉用作混合材用于水泥中的研究却甚少。石粉是指石灰岩或其它原岩经机械加工后的小于０．１６ｍｍ的微细颗粒，微细颗粒的石灰石粉具有一定的早期活性，可以作为非活性混合材用于水泥中。
矿渣粉》、ＧＢ６５６６－２０１０《建筑材料放射性核素限量》、ＪＣ／Ｔ
７２１－２００６《水泥颗粒级配测定方法激光法》
2.2 试验结果
２．２．１石粉的主要化学性能
试验方法参照ＧＢ／Ｔ１７６－２００８《水泥化学分析方法》，
试验结果见表１。
表 1 石粉的主要化学性能
%
石粉三氧化硫氯离子烧失量Ｆｅ２Ｏ３Ａｌ２Ｏ３ＴｉＯ２ＭｇＯＣａＯＭｎＯＳｉＯ２大理石粉０．０４０．０１０４４．６１０．０５０．１６０．１２５．７８４８．０９０．０４０．４４
花岗岩石粉０．０９０．０１１４．５１７．８６１３．５０１．９６１．９３１０．８５０．０６５３．７６
岗石粉
０．０５０．００７４４．８４０．２５０．６４０．１２１．０６４９．８６０．０４１．４６
从表１可以看出三种石粉中大理石粉和岗石粉的ＣａＯ的含量分别为４８．０９％、４９．８６％，且Ａｌ２Ｏ３含量较低，仅为０．１６％和０．６４％；从化学性能上来看，大理石粉和岗石粉石主要为石灰岩，其Ａｌ２Ｏ３的含量符合标准ＧＢ１７５－２００７中
⑶ 活性效应［２］：研究表明，石灰岩石粉并非完全惰性，它在水化过程中可以与水泥中的Ｃ３Ａ和Ｃ４ＡＦ发生反应，生成水化碳铝酸钙，从而改善水泥基材料的一些性能。石

大理岩石粉作为碾压混凝土掺和料的试验研究

势在必行。
大理岩石粉的化学成分见表１，其ＣＯ含量和ａ烧失量之和占总质量的９％以上。ｘ射线衍射分０析结果表明：大理岩为典型的碳酸盐类岩石，主要
矿物成分为方解石。
表１大理岩石粉的化学成分
％
１２大理岩石粉的物理性能及粒度分析．
煤灰主要发挥 “ 充效应 ” 填，保证碾压混凝土的和易性和可碾性；在硬化以后，粉煤灰还能发挥 “ 山灰效应 ”，使碾压混凝土获得较高的后期增火长强度。然而，由于近年来我国的水电、交通以及工民建等行业的迅速发展，基础建设的规模不断扩大，使得粉煤灰出现了供不应求的局面。另外，目前我国的水电工程大多地处西南、西北、新疆和西
建筑物包括坝高１８ｍ的碾压混凝土重力坝、消力６
池及右岸地下厂房引水发电系统。官地水电站工程
混凝土总量约４２万ｍ，碾压混凝土方量高达２０７３８万ｍ。，需优质 Ⅱ级粉煤灰约３Ｏ万ｔ。在目前粉煤
主要特点是低水泥用量、高掺粉煤灰，粉煤灰掺量
为２３５ｍ／，中径为８．ｍ。１．ｍ。０５Ｉｘ１３大理岩石粉水泥胶砂强度特性．
大理岩石粉的密度为２５／ｍ，需水量比为．７ｇｃ９．％，大理岩石粉的粒度分析试验结果见表２７７。采用显微图像分析仪对大理岩石粉颗粒级配分析结果结果表明：大理岩石粉的颗粒大部分分布在０—

石粉用作水泥混合材对水泥性能的影响研究及机理分析

抗折强度试验结果如图４所示。图４结果表明：
・
本文就大理石粉、花岗岩粉、粉煤灰对水泥凝结
时间的影响进行了对比研究，结果如图３。试验结果表明，相对于掺粉煤灰的水泥而言，石粉水泥的初凝
（．广东省水利水电科学研究院，广东省水利重点科研基地，广东广州５０３；１１６５
２．广东省建材公司，广东广卅５０５１１００；３．华南理工大学，广东广州５０４）１６０
摘要：人工骨料在生产过程中产生石粉，如果废弃则对生态环境造成严重破坏，留在粗细骨料中又给骨料品质及混凝
杨永民，等：石粉用作水泥混合材对水泥性能的影响研究及机理分析
通过表１可知，大理石粉、花岗岩粉比表面积相
差悬殊，为了统一各物料的比表面积，使其具有可比性，在本研究中均先将原始大理石粉及花岗岩粉通过
的品质及混凝土性能产生影响。为此，本文开展了石粉在水泥生产中的再利用，利用大理石粉和花岗岩粉用作水泥混合材展开了分析研究，既减少环境负荷，又可以高效益的利用，可为石场正确利用石粉或石材加工业产生的废石粉提供应用借鉴。
期强度发展有利，花岗岩粉则对水泥后期强度发展有利。

水泥材料中的微观结构与性能研究

水泥材料中的微观结构与性能研究水泥是建筑材料中的一种重要材料，广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域。

水泥在使用过程中具有很多优良性能，但也存在一些问题，如开裂、强度下降等。

这些问题与水泥材料中的微观结构密切相关。

因此，对水泥材料中的微观结构与性能进行研究，对于提高水泥的性能和降低问题的发生具有重要意义。

一、水泥材料中的主要组成与晶体结构水泥材料主要由熟料、石膏、水等组成。

其中，熟料是水泥的主要成分，主要由矿物晶体和非晶质物质组成。

水泥主要采用硅酸盐熟料，其主要成分为三叉钙硅酸盐(C3S)、双三钙硅酸盐(C2S)、三钙铍酸盐(C3A)、四钙铍酸盐(C4AF)等。

水泥熟料中的晶体结构主要包括立方晶系和六方晶系。

其中，3C和2H是3C-SiC和2H-SiC的简称，它们是6H-SiC的亚晶带。

水泥熟料中的主要矿物相是硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)，它们的结构分别为4CaO·Al2O3·Fe2O3·3SiO2(C4AF)、3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O(CAS)、3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O(C4AS)及其它，这些结构中所含氧离子的距离和角度以及有关层之间的填充情况均对水泥的性能产生了影响。

二、水泥材料中的多级结构水泥材料中存在多级结构，包括微观结构、亚微观结构和宏观结构等。

其中，微观结构主要研究熟料中的晶体结构、矿物晶体的组成和成分分布等，可以通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等技术进行观测和分析；亚微观结构主要研究矿物晶体的结晶状态、颗粒尺寸、形状和空间排列等，可以通过X射线衍射仪(XRD)、高分辨率电镜(HRTEM)等技术进行研究；宏观结构主要研究水泥材料的孔隙结构、外形、表面形态和物理力学性能等，可以通过孔隙分析仪、动态力学分析仪等技术进行研究。

三、水泥材料中微观结构与性能之间的关系水泥材料中的微观结构与性能之间存在密切的关系。

石粉含量对混凝土工作性能和力学性能影响的研究

石粉含量对混凝土工作性能和力学性能影响的研究论文摘要本文主要研究了石粉含量对混凝土工作性能和力学性能的影响。

本文首先介绍了混凝土研究背景，包括混凝土材料，混凝土力学性能，混凝土工作性能和混凝土材料中的石粉。

此外，本文还介绍了不同石粉含量对混凝土力学性能和工作性能的影响，包括水化分数、抗渗等。

最后，本文讨论了混凝土材料在强度和耐久性方面的总体受控，以及石粉含量对混凝土材料性能和结构安全性的影响，并提出了改善混凝土工作性能和力学性能的一些适用性措施。

第一部分：绪论混凝土长期以来是世界上最常用的建筑材料之一，它的使用范围广泛，包括建筑物、桥梁、路面、隧道及水利工程中的结构等。

混凝土的力学性能和工作性能与其所含的材料、其中的石粉的含量密切相关，而石粉含量也是最重要的性能参数之一。

因此，研究石粉含量对混凝土工作性能和力学性能的影响，可以为混凝土材料的应用和开发提供参考。

第二部分：混凝土研究背景混凝土材料由多种不同材料组成，其中最主要的材料是水泥和砂砾，水泥砂浆中也含有一定比例的石粉。

石粉是混凝土材料中最重要的因素之一。

研究混凝土材料的力学性能，必须考虑石粉和其他材料的影响因素。

混凝土的力学性能受拉伸强度、压缩强度、抗折强度、抗渗性等影响，这些特性也受到石粉含量的影响。

第三部分：石粉含量对混凝土力学性能和工作性能的影响石粉的加入可以改善混凝土的力学性能。

研究表明，随着石粉含量的增加，混凝土抗压强度、抗折强度和抗渗性均有不同程度的提高。

同时，石粉含量增加也会减少混凝土的水化分数，同时会增加水化收缩，进而影响混凝土的工作性能。

第四部分：总结本文介绍了石粉含量对混凝土工作性能和力学性能的影响，以及该性能受石粉含量影响的机理。

根据以上研究，通过控制混凝土材料中石粉含量，可以改善混凝土的力学性能和工作性能，有利于提高混凝土材料的结构安全性和耐久性。

石粉对碾压混凝土性能及微观孔结构的影响

龚英１，曹洁２，丁晶晶１
（１．江西省水利科学研究院江西省水工安全工程技术研究中心，江西南昌３３００２９；２．山东黄河东平湖工程局，山东泰安２７１０００）
摘要：粉煤灰资源短缺及不经济问题日益突出，石灰石粉可否替代粉煤灰需深入研究。试验研究了
不同掺量石粉取代粉煤灰对碾压混凝土工作性、抗压强度、劈裂抗拉强度及抗渗性的影响规律；同时通
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｓｈｏｒｔａｇｅｏｆｆｌｙａｓｈｒｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｉｔｓｕｎｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｅｂｅｃｏｍｉｎｇｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｉｔｉｓｕｒｇｅｎｔｔｏｆｉｎｄａｎｅｗｋｉｎｄｏｆｇｒｅｅｎ，ｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙａｎｄｌｏｗｃｏｓｔｃｏｎｃｒｅｔｅａｄｍｉｘｔｕｒｅ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｕｓｉｎｇｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｉｎｓｔｅａｄｏｆｆｌｙａｓｈａｓｃｏｎｃｒｅｔｅａｄｍｉｘｔｕｒｅ，ｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｒｅｐｌａｃｅｆｌｙａｓｈｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｏｓａｇｅｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｏｎｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｓｐｌｉｔｔｉｎｇｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆＲＣＣａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍｏｒｔａｒｗａｓｑｕａｎｔｉｆｉｅｄｂｙｔｅｓｔｉｎｇｔｈｅｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍｏｒｔａｒｂｙｗａｔｅｒａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｄｙｎａｍｉｃｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｆｌｙａｓｈｂｙｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｃａｎｒｅｆｉｎｅｔｈｅａｖｅｒａｇｅｐｏｒｅｓｉｚｅｏｆｍｏｒｔａｒ，ｍａｋｅｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍｏｒｔａｒｍｏｒｅｃｏｍｐａｃｔ，ａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙａｎｄｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆＲＣＣ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅａｃｔｉｖｉｔｙｏｆｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｉｓｎｏｔｃｏｎｄｕｃｉｖｅｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＲＣＣｓｔｒｅｎｇｔｈ．ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｆｌｙａｓｈｗｉｔｈｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｏｎｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＲＣＣ，ｗｅｒｅｃｏｍｍｅｎｄｔｈａｔｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｒａｔｅｏｆｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒｓｈｏｕｌｄｎｏｔｅｘｃｅｅｄ２７％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｔｏｎｅｐｏｗｄｅｒ；ｆｌｙａｓｈ；ＲＣＣ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ；ｉｍｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ；ｍｉｃｒｏｃｏｓｍｉｃ

混凝土中掺入大理石粉对力学性能影响的研究

混凝土中掺入大理石粉对力学性能影响的研究1. 引言混凝土是一种普遍使用的建筑材料，其强度和耐久性对于建筑结构的稳定性至关重要。

近年来，研究人员开始探索掺入不同类型的材料以改善混凝土的性能。

其中一种备受关注的掺合料是大理石粉。

本文将深入研究掺入大理石粉对混凝土力学性能的影响，并提供对于这个主题的观点和理解。

2. 大理石粉对混凝土的影响2.1 抗压强度研究表明，适量掺入大理石粉可以显著提高混凝土的抗压强度。

大理石粉的细粒特性填补了混凝土颗粒之间的空隙，使得混凝土更加致密。

大理石粉的颗粒形状和表面特性有利于增强水泥石胶体的结构，提高混凝土的内聚力和强度。

在适当的掺入比例下，混凝土的抗压强度会显著提高。

2.2 抗拉强度掺入大理石粉对混凝土的抗拉强度也有一定的影响。

大理石粉的颗粒形状可以起到增强混凝土拉伸区域的作用，从而提高混凝土的抗拉强度。

大理石粉对水泥水化产物的产生和分布也有影响，进一步改善了混凝土的力学性能。

然而，需要注意的是，过量掺入大理石粉可能导致混凝土的脆性增加，降低其抗拉强度。

2.3 抗冻融性能混凝土的抗冻融性能是评价混凝土耐久性的一个重要指标。

研究表明，适量掺入大理石粉可以改善混凝土的抗冻融性能。

大理石粉的细粒特性可以填充混凝土孔隙，减少冻融循环中的水分进入和扩散，从而降低冻融损伤。

大理石粉对水泥水化产物的形成也有利于提高混凝土的抗冻融性能。

3. 观点和理解根据对混凝土中掺入大理石粉对力学性能影响的研究，可以得出以下观点和理解：适量掺入大理石粉可以显著提高混凝土的抗压强度和抗拉强度。

大理石粉填补了混凝土颗粒间的空隙，增强了混凝土的致密性，改善了水泥石胶体的结构，提高了混凝土的内聚力。

掺入大理石粉有助于改善混凝土的抗冻融性能。

大理石粉填充混凝土孔隙并促进水泥水化产物的形成，减少了冻融循环中水分的进入和扩散，从而降低了冻融损伤的风险。

然而，需要注意的是，过量掺入大理石粉可能会导致混凝土的脆性增加，降低其抗拉强度。

利用大理石碎粒制备高性能混凝土的研究

利用大理石碎粒制备高性能混凝土的研究大理石作为一种常见的建筑材料，具有广泛的应用前景。

然而，在石材加工过程中产生的大量大理石碎粒常常成为一种废弃物，给环境带来负面影响。

因此，利用大理石碎粒制备高性能混凝土的研究具有重要意义。

本文将就该研究进行深入探讨与分析。

首先，研究目的是通过利用大理石碎粒降低混凝土的制备成本，提高混凝土的力学性能和耐久性能。

由于大理石碎粒的形状和质量参差不齐，很多研究工作关注如何优化混凝土配合比和添加剂选择，以提高混凝土的力学性能。

例如，适当控制水灰比可以减少混凝土的孔隙度，提高强度。

添加适量的外加剂，如粉煤灰或矿渣粉，可以填充混凝土中的孔隙，改善混凝土的致密性和力学性能。

其次，利用大理石碎粒制备高性能混凝土还需要考虑大理石碎粒与水泥基质之间的相容性。

大理石碎粒中的微细颗粒和粉状物质会影响混凝土的流动性和致密性。

此外，大理石碎粒中的一些化学成分可能与水泥基质中的化学成分发生反应，导致混凝土的性能下降。

因此，研究者需要通过调整配合比和添加剂，以及采用预处理技术如洗涤和酸洗，来提高大理石碎粒和水泥基质的相容性，从而实现高性能混凝土的制备。

此外，混凝土的耐久性也是评价混凝土性能的重要指标之一。

大理石碎粒的使用可能会影响混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性。

研究发现，通过调整大理石碎粒的颗粒分布和含水率，可以改善混凝土的抗渗性能，减少混凝土中的渗透溶质。

此外，添加适量的化学掺合剂，如减水剂和抗裂剂，也可以提高混凝土的耐久性能。

需要注意的是，大理石碎粒的使用可能会影响混凝土的颜色和外观，因此在实际应用中需要进行设计和调整。

最后，大理石碎粒的利用对于环境保护和可持续发展也有积极意义。

通过将废弃物转化为有用的建筑材料，可以减少对天然石材的需求，减少采石对自然环境的影响。

同时，大理石碎粒的利用也可以使得石材加工行业更加高效和环保，为可持续发展做出贡献。

综上所述，利用大理石碎粒制备高性能混凝土的研究具有重要意义。

大理石粉对水泥基胶凝材料性能影响探究

大理石粉对水泥基胶凝材料性能影响探究引言一、大理石粉的特性大理石粉是指通过研磨和研磨大理石原矿得到的一种粉状物料。

其主要成分是碳酸钙，含有丰富的CaCO3，颗粒细致，颜色常常呈白色或微白色。

由于大理石粉具有细腻、柔软、白度高、易加工等特点，被广泛应用于建筑、化工、涂料、塑料、橡胶、纸张、玻璃等领域。

在水泥基胶凝材料中，大理石粉因其细腻度高，颗粒均匀，颜色纯净和不易结块等特点，可以优化水泥基胶凝材料的物理性能和使用性能。

研究表明，适量添加大理石粉可以显著提高水泥基胶凝材料的抗压强度和抗折强度。

大理石粉中的CaCO3颗粒可以填充水泥基胶凝材料中的微孔，改善水泥基胶凝材料的致密性和密实度，提高材料的整体强度。

大理石粉的颜色纯净，可以提高水泥基胶凝材料的美观性，满足建筑物外观装饰的需要。

大理石粉对水泥基胶凝材料的流变性也有一定影响。

适量的大理石粉可以改善水泥基胶凝材料的流变性能，使材料的粘结性和流动性得到改善，有利于提高施工效率和材料的工艺性能。

三、大理石粉在水泥基胶凝材料中的应用1. 大理石粉的掺量选择根据研究和实践经验，一般在水泥基胶凝材料中添加大理石粉的掺量一般在5%-20%之间。

掺量过低会影响大理石粉的作用效果，掺量过高则可能会影响水泥基胶凝材料的性能。

2. 大理石粉的加工方式大理石粉的加工方式也会影响水泥基胶凝材料的性能。

目前常见的加工方式有干法研磨和湿法研磨两种。

在水泥基胶凝材料中添加大理石粉时，应选择合适的加工方式，以确保大理石粉的颗粒细腻、分散均匀，使其能够更好地发挥作用。

3. 大理石粉与其他材料的配合应用在实际工程中，大理石粉常常与其他材料配合使用，以提高水泥基胶凝材料的性能。

如与粉磨煤灰、矿渣粉等混合使用，可以综合提高材料的性能，实现材料的综合利用。

大理石碎屑与混凝土的界面相互作用研究

大理石碎屑与混凝土的界面相互作用研究引言：大理石作为一种常见的建筑材料，其碎屑与混凝土在建筑领域中广泛应用。

研究大理石碎屑和混凝土之间的界面相互作用，有助于了解二者的相容性、粘结力和力学性能，为混凝土材料的设计和施工提供参考。

本文将探讨大理石碎屑与混凝土界面相互作用的研究进展和相关实验结果。

一、大理石碎屑与混凝土的相容性研究大理石碎屑与混凝土之间的相容性是影响二者粘结强度的重要因素之一。

通过实验研究发现，大理石碎屑与混凝土的界面存在一定的相容性，两者之间能够形成良好的物理和化学结合。

这是由于大理石碎屑表面的微观结构具备一定的粗糙度，并且与混凝土基体中的水胶体产生一定的物理吸附和化学反应。

因此，在利用大理石碎屑替代部分天然骨料进行混凝土设计时，其相容性是一个需要重视的问题。

二、大理石碎屑和混凝土的粘结强度研究大理石碎屑与混凝土的粘结强度是评价二者界面相互作用的重要指标。

通过拉拔试验和剪切试验等实验手段，研究人员可以测定大理石碎屑与混凝土的粘结强度。

实验结果表明，大理石碎屑与混凝土之间的粘结强度与界面处的物理和化学结合情况密切相关。

在混凝土中添加适量的界面改性剂，能够增强大理石碎屑与混凝土之间的粘结力，提高混凝土的力学性能。

三、大理石碎屑对混凝土力学性能的影响大理石碎屑的应用不仅可以有效利用资源，还可以影响混凝土的力学性能。

研究表明，适度添加大理石碎屑可以改善混凝土的强度、抗压强度、抗拉强度和抗冻融性能等。

这是由于大理石碎屑中的颗粒在混凝土中形成一种填充物，改善了混凝土中的孔隙结构，从而提高了混凝土的力学性能。

此外，大理石碎屑还可改善混凝土的耐久性，减少碳化和腐蚀的发生。

四、大理石碎屑和混凝土的研究进展当前，对大理石碎屑与混凝土界面相互作用的研究不断深入。

研究人员通过扫描电子显微镜、红外光谱、拉拔试验和剪切试验等手段，对大理石碎屑和混凝土界面结合的机制进行了深入研究。

此外，他们还探索了不同添加剂和处理方法对界面相互作用的影响。

大理石碎粒混凝土的热膨胀性能与应用分析

大理石碎粒混凝土的热膨胀性能与应用分析引言：大理石碎粒混凝土是一种常见的建筑材料，广泛应用于建筑项目中。

然而，在实际应用中，我们需要对大理石碎粒混凝土的性能进行深入研究与分析，特别是其热膨胀性能与应用情况。

本文将对大理石碎粒混凝土的热膨胀性能与应用进行详细的分析与探讨。

1. 大理石碎粒混凝土的热膨胀性能热膨胀性能是衡量建筑材料在温度变化下变形程度的一项重要指标。

对于大理石碎粒混凝土而言，其热膨胀性能主要受以下几个因素影响：1.1 大理石碎粒的热膨胀系数大理石碎粒的热膨胀系数是指在温度发生变化时，其长度或体积的变化比例。

由于大理石是一种天然岩石，其热膨胀系数较低，因此大理石碎粒混凝土在温度变化较大时，其变形程度较小。

1.2 混凝土的配比与固化程度混凝土的配比与固化程度也会影响其热膨胀性能。

合理的配比可以减小混凝土的热膨胀系数，从而降低热膨胀带来的变形。

同时，固化程度越高的混凝土，在温度变化下变形程度也越小。

2. 大理石碎粒混凝土的应用分析由于其独特的热膨胀性能，大理石碎粒混凝土在建筑工程中有着广泛的应用。

2.1 建筑物外墙装饰大理石碎粒混凝土可以作为一种外墙装饰材料，其优雅的外观和优异的耐久性使其成为建筑师和设计师的首选。

大理石碎粒混凝土具有良好的抗风化性能和抗污染性能，可以有效地保护建筑物的外墙，延长建筑物的使用寿命。

2.2 道路和桥梁建设大理石碎粒混凝土在道路和桥梁建设中也有着重要的应用。

其高强度和耐久性能使其成为一种理想的路面材料，可以承受车辆和行人的重载和频繁通行。

同时，大理石碎粒混凝土还具有良好的抗滑性能和耐水性能，能够在恶劣的气候条件下保持道路的稳定。

2.3 水泥制品的制造大理石碎粒混凝土可用于制造各种水泥制品，如砖块、砌块、瓦片等。

其高强度和抗磨性能使其成为一种理想的材料，可以制造出坚固耐用的水泥制品。

2.4 其他应用领域此外，大理石碎粒混凝土还可以用于制造压力管道、地下工程、海洋工程等领域。

石材加工业废料对水泥混凝土性能的影响分析

石材加工业废料对水泥混凝土性能的影响分析摘要：根据《天然石材统一编号》（GB/T 17670-2008），国内天然石材主要分为五类，包括板石、石灰石、花岗岩、砂岩以及大理石。

同时，烧结型人造石、复合型人造石、水泥型人造石的生产规模也较大。

石材加工业利用天然石材和人造石制造工程装饰板材，在作业过程中大量运用切削、打磨、抛光等方法，进而产生了粗细不一的废料，通常表现为石粉。

关键词：石材加工；废料一、石材加工业废料的基本特性研究过程中从国内某石材加工厂采集抛光工序的废石粉，该企业主要生产天然大理石、人造大理石以及天然花岗岩三种板材，因而废石粉由这三种石材组成。

使用球磨机对天然大理石、天然花岗岩、人造大理石和烘干后的废石粉分别进行粉碎操作，使其达到均匀的粒度（粒径不超过0.08mm）。

经过专业的物理及化学检测。

二、石材加工业废料作为掺和料对水泥混凝土性能的影响（一）试验材料准备石材加工业废料经适当的粉碎处理后可作为水泥混凝土中的掺和料，其作用与粉煤灰基本相同。

在性能试验和检测中分别将粉煤灰、废石粉、天然大理石粉、天然花岗岩粉作为掺和料。

水泥、砂、水、集料以及外加剂采用相同规格与品质的材料，严格控制试验变量。

（二）石材加工业废料对水泥混凝土工作性能的影响1. 水泥混凝土工作性能检验方法水泥混凝土的工作性能按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）进行检验，主要检测坍落度、拓展度以及泌水性三项指标，检测方法如下。

(1)坍落度检测按照《混凝土坍落度仪》（JG/T 248-2009）的相关要求，选用符合国家标准的坍落度仪，筒高为300mm，底部直径为200mm，顶部直径为100mm，同时配备钢尺。

混凝土试样分三层装入筒内，并分别振捣，装料结束之后将筒口的混凝土抹平。

坍落时间控制为30s,然后使用钢尺精确测量混凝土顶面与筒口之间的高差。

(2)拓展度检测混凝土扩展度检测的设备也是坍落度仪和钢尺，但钢尺的量程至少要达到1m,且最小测量分度不应超过1mm。

大理石废粉地聚物胶凝材料制备及其混凝土力学性能研究

大理石废粉地聚物胶凝材料制备及其混凝土力学性能研究大理石废粉地聚物胶凝材料制备及其混凝土力学性能研究摘要：本研究旨在探讨大理石废粉地聚物胶凝材料的制备方法以及其对混凝土力学性能的影响。

实验采用不同比例的大理石废粉作为替代材料，通过加入地聚物改性剂，制备地聚物胶凝材料。

通过对地聚物与水泥的掺量进行试验，研究了地聚物对混凝土力学性能的影响。

结果显示，地聚物胶凝材料具有较好的拉伸强度和抗压强度，可以作为混凝土的替代材料使用。

关键词：大理石废粉地聚物；胶凝材料；混凝土力学性能 1.引言随着工业发展的迅猛，大理石加工产生的大量废渣成为了环境污染的源头。

而地聚物胶凝材料作为一种环境友好型建筑材料，被广泛研究和应用。

本研究旨在探讨大理石废粉地聚物胶凝材料的制备方法以及其对混凝土力学性能的影响，为环保和可持续发展提供新的建筑材料。

2.实验方法2.1 材料本实验使用大理石废粉作为替代材料，粒径为0.2 mm以下，经过筛分和干燥处理后使用。

地聚物改性剂选用水溶性环氧丙烯酸树脂。

水泥采用常规硅酸盐水泥，强度等级为P.O 42.5。

2.2 制备地聚物胶凝材料将不同比例的大理石废粉加入到地聚物改性剂中，搅拌均匀。

然后，将地聚物改性剂与水泥进行混合，通过机械搅拌使其充分混合均匀，最终制备得到地聚物胶凝材料。

2.3 混凝土力学性能测试制备好的地聚物胶凝材料分别与水泥按照不同比例混合，制备成混凝土试样。

然后，对混凝土试样进行拉伸强度和抗压强度测试。

3.结果与讨论3.1 地聚物胶凝材料的制备通过实验，我们发现，加入地聚物改性剂可以使大理石废粉与水泥更好地结合，形成较强的胶凝材料。

随着地聚物改性剂的加入量增加，胶凝材料的黏度和流动性也逐渐增加。

3.2 地聚物胶凝材料对混凝土力学性能的影响通过对不同比例的地聚物胶凝材料与水泥混合制备的混凝土试样进行拉伸强度和抗压强度测试，我们发现地聚物具有一定的增强作用。

当地聚物与水泥的比例为1:1时，混凝土的抗拉强度较纯水泥试样提高了10%，抗压强度也有一定程度的增加。

利用大理石碎粒制备微纳米复合材料的性能研究

利用大理石碎粒制备微纳米复合材料的性能研究大理石是一种常见的矿石，具有优异的物理性质和美观的外观，因此被广泛应用于建筑材料、装饰品以及工艺品等领域。

然而，随着科技的发展，人们对材料的性能要求越来越高，对于增强材料的研究也变得尤为重要。

本文将探讨利用大理石碎粒制备微纳米复合材料的性能研究。

首先，为了研究大理石碎粒制备的微纳米复合材料的性能，我们需要了解大理石的物理性质以及碎粒的特点。

大理石具有高硬度、高密度、高抗压强度等特点，这些特性使得大理石碎粒成为一种理想的增强材料。

同时，大理石碎粒的微细结构也为制备微纳米复合材料提供了条件。

其次，我们需要选择合适的基础材料和工艺方法来制备微纳米复合材料。

常见的基础材料包括聚合物、陶瓷、金属等。

根据不同的应用需求，我们可以选择不同的复合材料体系。

例如，如果需要提高复合材料的强度和硬度，可以选择将大理石碎粒与金属基体材料复合；如果需要提高复合材料的导热性能，可以选择将大理石碎粒与陶瓷基体材料复合。

制备微纳米复合材料的工艺方法也有多种选择，例如热压法、热喷涂法、溶胶-凝胶法等。

这些方法可以将大理石碎粒与基体材料充分结合，从而获得性能优异的复合材料。

同时，可以通过控制工艺参数和优化工艺流程来进一步提高复合材料的性能。

例如，在热压法制备复合材料时，可以调整压力、温度和保持时间等参数，以实现复合材料的致密化和界面结合的增强。

在制备完成后，我们需要对微纳米复合材料的性能进行研究和评价。

常见的性能测试项目包括力学性能测试、热学性能测试、导电性能测试等。

例如，可以使用万能试验机测试复合材料的拉伸强度、弯曲强度等力学性能；可以使用热导仪测试复合材料的导热性能；可以使用电阻计测试复合材料的导电性能。

通过这些测试，我们可以全面了解微纳米复合材料的性能，并与传统材料进行比较。

除了性能测试，我们还可以通过显微观察和表征手段来研究微纳米复合材料的结构与形貌。

例如，可以使用扫描电子显微镜(SEM)观察复合材料的断面和表面形貌，分析大理石碎粒与基体材料的界面结合情况；可以使用透射电子显微镜(TEM)观察复合材料的内部结构，研究大理石碎粒与基体材料的微观相互作用。

石粉对赤泥基注浆材料的影响机制

石粉对赤泥基注浆材料的影响机制李召峰，陈经棚，杨磊✉，齐延海，张健，张晨山东大学岩土与结构工程研究中心，济南 250061✉通信作者，E-mail ：***************.cn摘要为明确石粉掺合料对地聚物材料的作用机理，以赤泥基注浆材料为研究对象，系统研究了石粉掺量和粒径分布对赤泥基注浆材料浆体性能、力学性能和微观结构的作用规律，并结合X 射线衍射仪（XRD ）、压汞仪（MIP ）和扫描电镜（SEM ）等微观测试手段分析其作用机理. 研究表明，结石体力学强度随石粉掺量的上升先增大后减小，当石粉的质量分数为5%时抗压强度最高，3 d 时可达5.65 MPa ，抗压强度提升幅度为18.94%，同时浆液泌水率上升幅度仅为9.85%，且28 d 结石体孔隙率降低了18.35%，因此，5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳质量分数. 在石粉最佳质量分数条件下，随着石粉平均粒径减小，浆液凝结时间及泌水率均呈现下降的趋势；当石粉平均粒径达到8 μm 时，石粉“填充效应”和“成核效应”作用尤为明显，浆液黏度突升，且3 d 和28 d 试样强度分别提升了11.86%和10%，故石粉平均粒径越小，其对赤泥基注浆材料的提升作用越显著，赤泥基注浆材料的最佳粉料质量配比为赤泥47.5%，矿粉47.5%，石粉5%；微观分析证实，石粉在浆液水化历程中以物理特性参与其中，为Na 2O–SiO 2–Al 2O 3–H 2O 凝胶（N–A–S–H ）, 水化硅铝酸钙凝胶（C–A–S–H ）和水化硅酸钙凝胶（C–S–H ）等凝胶提供成核位点，供地聚物凝胶沉淀和生长，加速浆液水化.关键词赤泥；石粉；地聚物；注浆材料；成核效应；填充效应分类号 X758Influence mechanism of limestone powder on red mud-based grouting materialLI Zhao-feng ，CHEN Jing-peng ，YANG Lei ✉，QI Yan-hai ，ZHANG Jian ，ZHANG ChenGeotechnical and Structural Engineering Research Center, Shandong University, Jinan 250061, China✉Corresponding author, E-mail: ***************.cnABSTRACT Considering the unstable performance of geopolymeric materials due to the large fluctuation of the raw-materialcomposition and the high alkalinity of the system, this study investigated the effect of limestone powder on red mud–based geopolymeric grouting materials; moreover, the influence mechanism was analyzed via X-ray diffraction (XRD), mercury intrusion porosimetry (MIP),and scanning electron microscopy (SEM). Also, the study provided some reference to reduce the storage of red mud and realize the collaborative utilization of limestone powder and red mud–based grouting materials. The results show that the mechanical strength of specimens first increases and then decreases with the increase in the limestone powder content. The compressive strength of the specimen with 5% limestone content was the best: the 3-day compressive strength could reach 5.65 MPa, which was 18.94% higher than that of the specimen with 0% limestone powder content. Moreover, the slurry bleeding rate of the 5%-limestone specimen was only 9.85% higher than that of the 0%-limestone specimen, and the porosity of the former on day 28 was 18.35% lower than that of the latter.Therefore, 5% is the best content of limestone powder in red mud–based grouting material. When the mean particle size of limestone powder was 8 μm, the “filling effect ” and “nucleation effect ” of specimens were significant, and the slurry viscosity rose sharply; the compressive strengths of day-3 and day-28 samples increased by 11.86% and 10% than those of the corresponding bulk-limestone收稿日期: 2020−12−01基金项目: 国家自然科学基金青年基金资助项目（51709158）；山东省重大科技创新工程资助项目（2020CXGC011405）；山东省自然科学基金资助项目（ZR2020KE006）工程科学学报，第 43 卷，第 6 期：768−777，2021 年 6 月Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 6: 768−777, June 2021https:///10.13374/j.issn2095-9389.2020.12.01.005; samples, respectively. Thus, the smaller the mean particle size of limestone powder, the more significant the improvement effect of red mud based grouting material. The optimum proportion of red mud–based grouting materials was 47.5% red mud, 47.5% blast furnace slag, and 5% limestone powder. The macro analysis confirms that limestone powder participates in the slurry hydration process, providing nucleation sites for N–A–S–H, C–A–S–H, and C–S–H gel, which can be used for geopolymer gel precipitation and growth and accelerate the slurry hydration.KEY WORDS red mud；limestone powder；geopolymer；grouting material；nucleation effect；filling effect地聚物是一种由硅铝四面体结构组成的三维网状无机聚合物[1]，凭其高强、抗侵蚀以及低CO2排放量而被认为是一种传统水泥材料的有效替代品[2−3]. 赤泥是在生产氧化铝过程中排放的固体废弃物，每生产1 t Al2O3约排放1.0～1.8 t赤泥[4]，我国赤泥年产量在5×107 t以上，积累量超过2×108 t. 通常采用露天堆放的赤泥处理方式，不仅占用大量土地资源，而且严重污染了地下水资源、破坏周围生态环境；同时，赤泥中含有大量的有价金属如Fe、Al、Ti等，造成大量资源浪费，中国赤泥的利用率仅在4%左右[5].目前，利用赤泥制备地聚物胶凝材料的研发已得到国内外专家的广泛关注. Singh等[6]分析了赤泥的机械粉磨和养护方式对赤泥–粉煤灰地聚物强度的影响，Li等[7]研究了不同石膏对于赤泥基注浆材料力学性能及微观结构的影响，Hoang 等[8]通过研究发现高压养护能显著提高赤泥中Al2O3和SiO2等氧化物的溶解度. 已有研究表明，赤泥基注浆材料与传统水泥类注浆材料相比具有流动性好、强度高和低碳环保等优点[9]. 许多学者对赤泥基注浆材料的工程适用性也展开了深入研究，Çelik [10]研发了一种赤泥–OPC混合注浆材料，并在土石复合介质中证明了其有效性；Zhang等[11]基于人工神经网络分析法形成了一套适用于煤矿采空区充填、沙土介质和富水破碎岩体的赤泥基四元体系注浆材料理论；刘娟红等[12]以赤泥、脱硫石膏和石灰等为原料制备了一种泌水率低、抗压强度高的注浆充填材料. 由此可见，赤泥基注浆材料的应用范围较广，具有广阔的工程应用前景.然而，地聚物材料由于原料本身成分波动较大、体系内碱性离子含量较高，容易出现收缩率高、脆性大和性能不稳定等现象[13]. 许多学者通过在地聚物胶凝材料中添加矿物掺合料来改善上述现象并取得了一系列进展，Lin等[14]发现粉煤灰通过火山灰效应显著降低了赤泥基注浆材料的收缩率；Gupta[15]研究发现掺加一定量硅灰可提高矿粉基地聚物水泥的力学强度. Song等[16]发现钢渣粉质量分数为20%的粉煤灰地聚物具有最大的弹性模量.石粉是石灰石采石场的副产品，每吨石灰石的破碎加工会产生大约占总石灰石质量的20%的石灰石粉末[17]，常作为一种水泥和混凝土中的矿物掺合料用于施工生产，但存在利用率低、应用面窄、资源浪费严重等问题. Sun等[18]发现掺入适量石粉能通过“填充效应”和“成核效应”显著提高混凝土抗硫酸根离子侵蚀能力[19]. 史才军等[20]研究发现，石粉会与铝酸三钙（C3A）反应生成单碳型（C4ACH11）和半碳型碳铝酸钙（C4AC0.5H12），抑制了单硫型水化硫铝酸钙（AFm）的形成从而形成更多稳定的钙矾石（Aft），进而提升水泥基材料的早期强度.石粉掺合料与水泥基胶凝材料体系的作用关系已得到许多学者的深入研究，然而，其对于地聚物材料宏微观作用机理的研究鲜有报道. 本文以赤泥基注浆材料为研究体系，探究了石粉不同掺量及颗粒级配参数与赤泥基注浆材料宏观力学特性、水化历程和微观结构之间的动态作用关系，明确了石粉最佳掺量与颗粒大小，进一步采用X射线衍射仪（XRD）、压汞仪（MIP）和扫描电镜（SEM）等微观表征手段，提出石粉对赤泥基地聚物性能提升的作用机制，研究成果为实现石粉与赤泥基注浆材料协同高效大宗化利用和工程实际应用奠定了一定的理论研究基础.1 实验1.1 原材料材料选型：赤泥为山东魏桥创业集团提供的拜耳法赤泥（以下简称赤泥，简写RM）；高炉矿渣购自济南鲁新新材有限公司（以下简称矿粉，简写BFS）；碱激发剂为粒装分析纯氢氧化钠，购自天津登科化学试剂有限公司，纯度为96%；不同粒径的石粉购自山东省临沂大和建材有限公司（简写LS），粒径分布区间归纳为全粒径、200 目、400目、600 目和800 目，全粒径分布范围为1～89 μm，200 目、400 目、600 目和800 目对应的平均粒径分别为60、33、21、8 μm. 原材料的化学组成（质量分数）、矿物组成和粒径分布特征分别如表1、图1和图2所示.李召峰等：石粉对赤泥基注浆材料的影响机制· 769 ·1.2 样品制备基于本课题组以往研究成果及实际工程经验[11]，本实验所用赤泥与矿粉质量比设定为1∶1，水胶比为1.0，碱激发剂选用质量分数为8%的NaOH 溶液并在使用前将其冷却至室温，全粒径石粉占固体粉料质量分数为0、5%、10%、15%和20%，等质量替换赤泥矿粉双组分，并分别命名为LS–0、LS–5%、LS–10%、LS–15%和LS–20%，实验固体粉料质量配比如表2所示. 以凝结时间、泌水率和抗压强度等宏观性能为评价指标，优选出全粒径石粉作用下的最佳掺量；在最佳石粉掺量下，选用粒径区间分别为全粒径、200目、400目、600目和800目的石粉进行实验，并以平均粒径为依据分别命名为LS–bulk 、LS–60、LS–33、LS–21和LS–8，具体实验过程如1.3所述.1.3 实验方法浆液凝结时间测试参照GB/T1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行. 泌水率测试参照 GB/T 25182—2010《预应力孔道灌浆剂》中常压泌水率试验方法在100 mL 量筒中进行，量取离析水面高度，与水泥浆膨胀面高度作差后，除以原始灌浆高度得到泌水率. 黏度时变性和流变测试使用美国Thermo Fisher Scientific 公司的HAAKE MARS 40旋转流变仪.参照水泥净浆的操作流程，将赤泥、矿粉、石粉与碱激发剂水溶液按设计配比搅拌均匀后，注入40 mm×40 mm×40 mm 模具成型，24 h 后脱模，于水中养护，养护温度为（20±1）℃，在养护至3 d 、28 d 时进行强度测试，测试仪器采用CDT1305–2型压力实验机，通过单轴抗压强度试验获得应力–应变曲线. 之后选取养护28 d 的结石体，在力学强度测试后取块状样品储存于无水乙醇中终止水化以进行微观测试，测试前将试样放置于60 ℃表 1 原料化学组成Table 1 Chemical composition of raw materials%Raw materials SiO 2Al 2O 3Fe 2O 3CaO MgO SO 3Na 2O LOI RM 26.4011.3232.11 1.570.170.237.70 6.14BFS 20.5012.100.5557.20 5.050.830.36 1.23LS0.530.020.0155.280.550.01—43.6102030402θ/(°)1123333345554BFSRM1—Cancrinite (a)2—Boehmite 3—Hematite 4—Muscovite 5—PerovskiteR e l a t i v e i n t e n s i t y506070102030402θ/(°)1111111111LS1—Calcite(b)R e l a t i v e i n t e n s i t y506070图 1 原料的XRD 图. （a ）赤泥和矿粉；（b ）石粉Fig.1 XRD spectra of materials: (a) RM and BFS; (b) LS1020*********(a)BFS RM10Particle size/μm100(b)020406080100110Particle size/μm800 meshes (<18 μm)600 meshes (18−23 μm)400 meshes (23−38 μm)200 meshes (>38 μm)Full size100图 2 原料粒径分布曲线. （a ）赤泥和矿粉；（b ）石粉Fig.2 Particle-size distribution curve of raw materials: (a) RM and BFS; (b) LS· 770 ·工程科学学报，第 43 卷，第 6 期烘干箱中烘干24 h 后进行微观结构分析. 孔径分布与孔隙率分析采用PoreMaster –60型压汞仪（MIP ）；水化产物分析采用EMPYREAN 型X 射线衍射仪；结石体微观形态分析采用Thermo Fisher Quattro S 扫描电子显微镜.2 结果与讨论2.1 石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响浆液凝结时间是水化历程的宏观物理反映，两者有着密不可分的关系. 石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响如图3所示. 由图3（a ）可知，LS–5%、LS–10%、LS–15%和LS–20%浆液初凝时间相比于LS–0分别延长了为6、16、30和32 min ，相对增量分别为6，10，14和2 min ，由此可见，在石粉质量分数为5%和20%时，赤泥基注浆材料浆液凝结时间受石粉影响较小，因此，5%和20%为石粉较优质量分数. 随着石粉掺量增加，初终凝时间逐渐延长，这是因为细小的石粉颗粒填充在孔隙中替代一部分水起到润滑的作用，多余的水使膏体更具流动性，延长了浆体的凝结时间[21−22].图3（b ）为5%的较优石粉质量分数下不同粒径石粉对浆液凝结时间的作用规律图，可以看出随着石粉粒径的减小，LS–60、LS–33、LS–21和LS–8相比于LS–bulk 浆液初凝时间分别缩短了17、22、27和30 min ，由此可得，LS–8初凝时间的变化幅度最大，相比于LS–bulk 低了19.3%. 这是因为包覆水膜的石灰石虽然对浆液起到润滑、传动的作用，然而由于细粒度石粉具有较大的比表面积，需水量较大，浆液自由水含量大幅降低；粒径较小的石粉颗粒成膜吸水作用比粒径大的石粉水膜传动作用强，浆液凝结时间在宏观表现为缩短[23].2.2 石粉对赤泥基注浆材料泌水性能的影响在注浆时，浆液中较粗的颗粒由于重力作用逐渐沉积下来，大量的自由水便悬浮于浆液上层，进而影响结石体的宏微观结构性能. 石粉对赤泥基注浆材料泌水率的影响规律如图4示，由图4（a ）知，随石粉质量分数增大，浆液泌水率分别为7.1%，7.8%，8.8%，10%和11.5%，在石粉质量分数为5%时较LS–0上升幅度最小，增幅仅为9.85%.由图4（b ）可知，在5%的最佳石粉质量分数下，随石粉粒径的减小浆液泌水率分别为7.8%，7.3%，6.8%，6.4%和5.8%，通过比较实验组间降幅可知，在石粉平均粒径为8 μm 时，浆液泌水率下降幅度最大，降幅达9.38%，这是因为随着石粉粒径的减小，颗粒比表面积逐渐增大，形成饱和水膜所需水量也随之增大，浆液泌水率同样也呈现出下降的变化规律[23].表 2 实验固体粉料质量配比Table 2 Experimental proportion%Sample RM BFS LS LS–050500LS–5%47.547.55LS–10%454510LS–15%42.542.515LS–20%404020LS–bulk 47.547.55LS–6047.547.55LS–3347.547.55LS–2147.547.55LS–847.547.554.06.06.57.0(a)Initial setting time Final setting time5Mass fraction of LS/%152010Mean particle size/μm84.03.56.06.57.0(b)Initial setting time Final setting time2160Full33图 3 石粉对赤泥基注浆材料凝结时间的影响. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.3 Effect of limestone powder on setting time of red mud–based grouting material: (a) different mass fractions of LS; (b) different mean particle sizes of LS李召峰等：石粉对赤泥基注浆材料的影响机制· 771 ·2.3 石粉对赤泥基注浆材料黏度时变性的影响在注浆泵送过程中，随着水化历程的进行，浆液黏度会产生由稀至浓最后凝结的动态变化，此过程的变化在一定程度上反映浆液的水化历程及水化产物生成状态[24]. 石粉对赤泥基注浆材料黏度时变性的影响如图5所示，由图5（a ）可知浆液黏度随石粉掺量的上升而下降，这是因为石粉稀释了浆液中的胶凝组分，使得Al 3+和Si 4+的浸出量降低，水化初期预聚体含量变少，浆液黏度下降.为保证浆液的稳定性，增强材料工程适应性，石粉质量分数为5%时，浆液黏度下降速率最慢，故5%为最佳石粉质量分数. 由图5（b ）可知，LS–60和LS–33石粉掺入后，浆液的黏度下降，而平均粒径为21 μm 和8 μm 的石粉加入后，浆液黏度出现一定程度的回升，甚至在550 s 时，石粉平均粒径为8 μm 的浆液黏度超过了全粒径组，这是因为较细石粉的掺入填充了微孔，颗粒致密地聚集起来，从而浆液黏度上升[25].2.4 石粉对赤泥基注浆材料流变特性的影响流变学可以表征材料的内部结构与宏观性能之间的内在关系，浆液的流变特性可以指导注浆参数的设计. 石粉对赤泥基注浆材料的流变特性影响如图6所示. 由图可知，掺量和粒径组的分布曲线都与Herschel –Bulkley 模型方程拟合较好，方程如下，拟合结果如表3所示.τ=τ0+K γn其中，τ为剪切应力，Pa ；τ0为屈服应力，Pa ；K 为黏度系数，Pa·s n ；n 为流动系数，量纲为一；γ为剪切速率，s −1.由图可知n 值均大于1，说明浆体均呈现出剪切变稠的趋势，且石粉质量分数为5%时，浆液黏度变化速率最大，为0.2478 Pa·s n . 由图6（b ）和表3可知，屈服应力τ0随石粉粒径的减小呈变大的趋势，原因也可解释为石粉由于“填充效应”造成浆064210812(a)LS−0LS−5%LS−10%LS−15%LS−20%10Time/min3040706050206428(b)LS−bulk LS−60LS−33LS−21LS−810Time/min304070605020图 4 石粉对赤泥基注浆材料泌水率的影响. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.4 Effect of limestone powder on bleeding rate of red mud–based grouting material: (a) different mass fractions of LS; (b) different mean particle sizes of LS0520480600560640520600560640(a)LS−0LS−5%LS−10%LS−15%LS−20%1000Time/s4008006002001000Time/s400800600200(b)LS−bulk LS−60LS−33LS−21LS−8图 5 石粉对赤泥基注浆材料黏度时变性的影响. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.5 Effect of limestone powder on time-dependent behavior of viscosity of red mud –based grouting material: (a) different mass fractions of LS;(b) different mean particle sizes of LS· 772 ·工程科学学报，第 43 卷，第 6 期液团聚，提高了浆体的屈服应力[25]. 表3中，R 2为方程拟合度.2.5 石粉对赤泥基注浆材料力学性能的影响浆液结石体抗压强度是衡量结石体承重能力的重要指标，决定了其在注浆工程中的加固效果.石粉对赤泥基注浆材料抗压强度的影响如图7所示，结石体3 d 抗压强度随石粉掺量的上升先增大后减小，LS –5%和LS –10%结石体强度相较于LS–0具有显著的提升，提升幅度分别约为18.94%和10.32%，石粉质量分数为5%时为最大拐点. 这是因为石粉在早期结石体水化程度不高时，地聚物凝胶尚未将孔隙填满，而细小的石粉将孔隙填充，并为Na 2O–SiO 2–Al 2O 3–H 2O 凝胶（N–A–S–H ），水化硅铝酸钙凝胶（C–A–S–H ）和水化硅酸钙凝胶（C–S–H ）等凝胶提供成核位点，进一步加速水化[21−22]，从而提高结石体的早期强度，简化为石粉的“成核效应”和“填充效应”.本研究以浆液凝结时间、泌水率、黏度时变性以及抗压强度为衡量指标，通过数据分析证实石粉质量分数为5%时，浆液宏观性能变化较大，因此断定为石粉的最佳掺量. 由图7（b ）可知，与LS–bulk 相比，结石体强度随石粉粒径的减小先减小后增大，相比于LS –60和LS –33的石粉颗粒，全粒径石粉具有更合理的粒径分布[26]，在结石体中能起到更好的填充效果，在石粉平均粒径达到21 μm 和8 μm 时，细颗粒具有较大的比表面积，从而能给凝胶提供更多的成核位点供其沉淀和生长[27]，同时细小的颗粒能起到更好的填充效果，故LS –8的3 d 和28 d 强度相比于全粒径组都有一定程度的提升，提升幅度分别为11.86%和10%.2.6 石粉对赤泥基注浆材料应力–应变特征的影响不同石粉掺量与粒径条件下，赤泥基注浆材料结石体28 d 应力–应变曲线如图8所示. 由图8可知，结石体均经历孔隙裂隙压密、线弹性变形、非稳定破裂发展和破坏4个阶段[28]. 弹性模量计算采用平均弹性模量法（E50），E50常用于工程岩土结构，它是指岩土结构体在其服役直至破坏过程中最大应力的50%除以其对应的应变值[29].图8（a ）中，随着石粉质量分数的增大，其峰值应力点对应的横纵坐标分别为（7.15,0.32），（7.01,0.39），（6.21,0.43），（5.40,0.45）和（4.85,0.46），计算得弹性模量分别为22.34，17.94，14.44，12和10.54 MPa ，呈现逐渐减小的规律. 由图8（a ）知相较于LS–0，掺入石粉的质量分数达到5%时峰荷应变下轴向最大应力下降幅度较小，而达到峰荷应力所需累计变形量明显增大，这表明质量分数为5%的石粉虽降低了结石体28 d 强度，但能大幅减小赤泥基注浆材料的脆性，故5%为最佳石粉质量分数.表 3 Herschel–Bulkley 模型拟合结果Table 3 Fitting results of Herschel–Bulkley model Sample Fitting equationR 2LS–0τ=0.449+0.2431γ1.1700.9932LS–5%τ=0.473+0.2478γ1.1610.9936LS–10%τ=0.432+0.2373γ1.1640.9944LS–15%τ=0.419+0.2249γ1.1720.9944LS–20%τ=0.385+0.2021γ1.1920.9950LS–bulk τ=0.473+0.2478γ1.1610.9936LS–60τ=0.328+0.2051γ1.1770.9960LS–33τ=0.331+0.1817γ1.2110.9961LS–21τ=0.338+0.1938γ1.1940.9959LS–8τ=0.413+0.2062γ1.1910.994420100403050(a)LS−0LS−5%LS−10%LS−15%LS−20%100γ/s −1408060200100γ/s −1γ/s −1408060200123455101520(b)LS−bulk LS−60LS−33LS−21LS−8τ/P a γ/s −1023455101520τ/P a 图 6 石粉对赤泥基注浆材料流变性能的影响. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.6 Effect of limestone powder on rheological property of red mud–based grouting material: (a) different mass fractions of LS; (b) different mean particle sizes of LS李召峰等：石粉对赤泥基注浆材料的影响机制· 773 ·图8（b ）中，随着石粉平均粒径的下降，其峰值应力点对应的横纵坐标分别为（7.89,0.39），（7.01,0.44），（7.85,0.34），（8.50,0.28）和（8.62,0.24），计算得结石体弹性模量随着石粉平均粒径的下降先降低后升高，分别为20.23、15.93、23.09、30.36和35.92 MPa.同时峰荷应力先减小后增大，峰荷应变呈现先增大后减小的趋势，这表明随着石粉平均粒径的下降，结石体28 d 强度先减小后增大，石粉平均粒径达到8 μm 时结石体强度最高.2.7 微观分析2.7.1 孔径分布与孔隙率规律分析注浆材料结石体的孔隙结构直接影响结石体的抗压强度，并对结石体的抗渗性能和耐久性有重要影响. 碱激发水泥基胶凝材料的孔可分为三类：孔径3.5～10 nm 为小凝胶孔，10～100 nm 为大凝胶孔，100 nm 至几千纳米称毛细孔[30]. 图9为掺有石粉的赤泥基注浆材料结石体28 d 孔径分布与孔隙率作用规律图. 由图9（a ～b ）可知，赤泥基注浆材料的孔径主要为10～100 nm 的凝胶孔和100～3000 nm 的毛细孔，石粉质量分数为5%的样品孔隙率最低，为29.77%，相比LS–0降低了18.35%，同时凝胶孔占比较大、毛细孔较少，这与抗压强度结论相符，当石粉掺量继续增大，孔隙率虽有下降，但是毛细孔的比率也大幅上升，导致结石体强度下降. 由图9（c ～d ）知，结石体孔隙率随石粉粒径的增加先上升后减小，这是因为全粒径石灰石粉粒径分布更合理，LS–60, LS–33和LS–21由于颗粒较大，填充效果不如全粒径组显著. 在石粉平均粒径减小至8 μm 时，结石体孔隙率与全粒径组大致相同，但抗压强度相较全粒径组却稍有上升，原因可能与抗压强度测试中的推论一致[27].2.7.2 水化产物矿相分析图10为掺有不同掺量和粒径石粉的赤泥基注浆材料结石体28 d XRD 图. 由图可知，结石体主(a) 3 d28 d20Mass fraction of LS/%5151004208610(b)3 d 28 dFullMean particle size/μm21603384208610图 7 石粉对赤泥基注浆材料抗压强度的影响. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.7 Effect of limestone powder on compressive strength of red mud–based grouting material: (a) different mass fractions of LS; (b) different mean particle sizeps of LS(a)0.6ε/%0.40.21537LS−0LS−5%LS−10%LS−15%LS−20%(b)0.6ε/%0.40.215379LS−bulk LS−60LS−33LS−21LS−8图 8 石粉对赤泥基注浆材料应力–应变特征的影响. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.8 Effect of limestone powder on stress–strain curves of red mud–based grouting material: (a) different mass fractions of LS; (b) different mean particle sizes of LS· 774 ·工程科学学报，第 43 卷，第 6 期要的水化产物有水化硅酸钙凝胶(C –S –H)、沸石、一水铝石和其它地聚物凝胶等，25°～40°的衍射峰对应的地聚物凝胶种类有Na 2O–SiO 2–Al 2O 3–H 2O 凝胶(N–A–S–H)，水化硅铝酸钙(C–A–S–H)和Na 2O–CaO–SiO 2–Al 2O 3–H 2O 凝胶 (N–C–A–S–H)等，同时，试样中存在大量未反应的赤铁矿. 在图10（a ）中，随着石粉掺量的上升，方解石的含量也在上升，并且C–S–H 的衍射峰强度并未变化，由此可以判定石粉的加入并不会产生新的矿相，其对赤泥基注浆材料的提升效果主要以物理效应为主.(b)20Mass fraction of LS/%36.46%29.77%32.63%32.72%38.15%5151003025203540(d)FullMean particle size/μm2160338302520354029.66%33.96%35.09%40.16%29.77%(a)10000Pore diameter/nm1010001000.20.100.40.30.5LS−0LS−5%LS−10%LS−15%LS−20%(c)10000Pore diameter/nm1010001000.20.100.40.30.5LS−bulk LS−60LS−33LS−21LS−8图 9 石粉对赤泥基注浆材料孔径分布和孔隙率的影响. （a ）不同质量分数石粉的孔径分布；（b ）不同质量分数石粉的孔隙率；（c ）不同平均粒径石粉的孔径分布；（d ）不同平均粒径石粉的孔隙率Fig.9 Effect of limestone powder on pore-size distribution and porosity of red mud –based grouting material: (a) pore-size distribution of LS with different mass fractions; (b) porosity of LS with different mass fractions; (c) pore-size distribution of LS with different mean particle sizes; (d) porosity of LS with different mean particle sizes102030402θ/(°)1111222235545522222113114(a)R e l a t i v e i n t e n s i t y5060705152535455565102030402θ/(°)5060705152535455565(b)R e l a t i v e i n t e n s i t yLS−0LS−5%LS−10%LS−15%LS−20%LS−bulkLS−60LS−33LS−21LS−81—Calcite; 2—Hematite; 3—C−S−H; 4—Unnamed zeolite; 5—Boehmite图 10 掺入石粉的赤泥基注浆材料结石体XRD 图. （a ）不同质量分数石粉；（b ）不同平均粒径石粉Fig.10 X-ray diffraction spectra of paste matrix of red mud –based grouting material with limestone powder: (a) different mass fractions of LS;(b) different mean particle sizes of LS李召峰等：石粉对赤泥基注浆材料的影响机制· 775 ·2.7.3 SEM微观形貌分析如图11所示，对赤泥基注浆材料28 d结石体进行SEM分析，由图11（a～b）可知掺入石粉后注浆材料结石体的整体形貌从疏松多孔变得致密，石粉颗粒将凝胶紧密吸附在表面，填充了结石体的孔隙. 从图11（c～d）可以看出，颗粒较大的石灰石颗粒虽吸附较多凝胶，但大颗粒也使得结石体均质度变差，而细小的石粉因其较大的比表面积将更多的C–S–H、C–A–S–H和N–C–A–S–H凝胶吸附沉淀下来，并将孔隙填充，提高了结石体的均质度，使得水化产物更加致密.(a)40 μm (b)Limestone powderGeopolymer40 μm(c)40 μmLimestone powderGeopolymer(d)40 μmLimestone powderGeopolymer图 11 掺入石粉的赤泥基注浆材料结石体28 d的SEM图. （a）LS–0；（b）LS–5%；（c）LS–60；（d）LS–8Fig.11 Scanning electron microscopy diagrams of red mud–based grouting materials paste matrix with limestone powder on day 28: (a) LS–0;(b) LS–5%; (c) LS–60; (d) LS–8如图11所示，石粉颗粒填充于结石体孔隙中，地聚物凝胶在石粉颗粒表面沉淀下来，这是由于石粉掺入后，发挥了“成核效应”，石粉颗粒为地聚物凝胶的形成提供成核位点，即由于方解石中Ca和O原子的平面构型与C–S–H中的CaO层相似，C–S–H、C–A–S–H和N–C–A–S–H凝胶可在石粉[31]表面大量析出，从而加速赤泥基注浆材料的水化，提高了结石体的早期水化程度，这也解释了在凝结时间测试中，LS–8初凝时间比LS–bulk 缩短了30 min，除去颗粒吸水性的因素外，“成核效应”的影响也不可忽略，同时也证实了在抗压强度实验中的推论.3 结论为明确石粉对地聚物材料的作用机制，以赤泥基注浆材料为研究对象，从凝结时间、泌水率、流动性、力学性能和微观结构等方面研究了石粉不同掺量和粒径大小对赤泥基注浆材料的动态作用规律，具体结论如下：（1）石粉的掺入未改变赤泥基注浆材料原有的Herschel–Bulkley流变模型，且各组浆液均体现出剪切变稠的趋势，同时粒径较小的石粉颗粒会提升浆体的抗剪切能力和屈服应力.（2）当掺入石粉的质量分数为5%时，结石体脆性下降，3 d抗压强度增大了18.94%，并将结石体28 d孔隙率降低了18.35%，同时浆液泌水率上升幅度最小，为9.85%；以宏观性能变化为依据，通过分析得出5%为石粉在赤泥基注浆材料中的最佳固体粉料质量分数，赤泥基注浆材料的最佳固体粉料质量配比为赤泥47.5%，矿粉47.5%，石粉5%；随着石粉粒径的减小，浆液凝结时间、泌水率均呈现下降的趋势，石粉平均粒径为8 μm时，浆液初终凝时间均最低，泌水率相对上一级粒径降幅达9.38%，同时结石体抗压强度最高，结石体28 d 孔隙率最低，为29.66%，由于赤泥基注浆材料浆液宏微观性能参数随石粉粒径减小均体现出单调性，故可推断，石粉平均粒径越小，其对赤泥基注浆材料的提升作用越显著.（3）石粉能通过“成核效应”给N–A–S–H, C–A–S–H和C–S–H等凝胶提供成核位点，供地聚物凝胶沉淀和生长，提高结石体的早期水化程度；此外，由于石粉粒径较小，能通过“填充效应”提高赤泥基注浆材料结石体的凝胶孔占比，降低毛细孔数量.（4）通过微观分析可知，赤泥基注浆材料的水化产物有C–S–H、沸石、一水铝石和其它地聚物凝胶等，掺入石粉并未改变结石体水化产物类型，石粉不参与赤泥基注浆材料的水化反应，其对赤泥基注浆材料的提升作用以物理效应为主.参考文献Tan J W, Cai J M, Huang L C, et al. Feasibility of usingmicrowave curing to enhance the compressive strength of mixedrecycled aggregate powder based geopolymer. Constr Build Mater,2020, 262: 120897[1]Duxson P, Fernández-Jiménez A, Provis J L, et al. Geopolymertechnology: the current state of the art. J Mater Sci, 2006, 42（9）:2917[2]Davidovits J, Huaman L, Davidovits R. Ancient geopolymer insouth-American monument. SEM and petrographic evidence.Mater Lett, 2019, 235: 120[3]· 776 ·工程科学学报，第 43 卷，第 6 期。

大理石碎屑的力学强度和刚度研究

大理石碎屑在水泥制品中的应用研究大理石碎屑是指大理石经过破碎、抛光等处理后形成的碎片。

由于其天然的美观纹理和高强度的特点，大理石碎屑在建筑行业中被广泛应用。

本文将探讨大理石碎屑在水泥制品中的应用研究，包括其物理性能、影响因素以及应用前景等方面的内容。

一、大理石碎屑的物理性能大理石碎屑是一种具有天然纹理和色彩的材料，其物理性能决定了其在水泥制品中的应用潜力。

经过实验和研究发现，大理石碎屑具有以下几个重要的物理性能：1. 耐久性：大理石碎屑的主要成分是碳酸钙矿物，具有较高的耐久性和抗风化能力，能够在自然环境中长期保持良好的性能。

2. 硬度：大理石碎屑具有较高的摩氏硬度，可以在一定程度上提高水泥制品的硬度和耐磨性，延长使用寿命。

3. 粒径分布：大理石碎屑的颗粒大小和形状对水泥制品的性能有着重要的影响。

合理的粒径分布可以提高材料的密实性和强度。

二、大理石碎屑在水泥制品中的应用影响因素将大理石碎屑应用于水泥制品中需要考虑多个因素，包括大理石碎屑的来源、颗粒大小、添加量和配比等。

下面将详细介绍这些因素对水泥制品性能的影响：1. 来源：大理石碎屑的来源决定了其质地和颗粒形状的差异。

良好的来源可以提供高质量的大理石碎屑，从而保证制品的稳定性和美观性。

2. 颗粒大小：大理石碎屑的颗粒大小对水泥制品的性能有直接影响。

过大的颗粒会影响制品的强度和表面光洁度，过小的颗粒则会降低制品的抗压能力。

3. 添加量：大理石碎屑的添加量也是影响水泥制品性能的重要因素。

适量的添加能够提高水泥制品的硬度和稳定性，但过多的添加会降低水泥的强度。

4. 配比：大理石碎屑与水泥和其它添加剂的配比也需要进行合理设计。

合适的配比能够最大限度地发挥大理石碎屑的优势，提高制品的性能。

三、大理石碎屑在水泥制品中的应用前景大理石碎屑作为一种环保材料，其在水泥制品中的应用前景非常广阔。

当前，大理石碎屑已经被广泛应用于砖瓦、地板、墙面和装饰等领域，取得了显著的经济和环境效益。

不同岩性石粉对水泥水化性能的影响

第42卷第10期2023年10月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.10October,2023不同岩性石粉对水泥水化性能的影响邹云华1,刘㊀力1,杨宏天2,李北星2(1.湖北交投智能检测股份有限公司,武汉㊀430050;2.武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室,武汉㊀430070)摘要:为了研究不同岩性机制砂石粉作为辅助胶凝材料对水泥浆体水化产物和微结构的影响,本文借助石粉流动度比和活性指数研究了玄武岩㊁花岗岩㊁石灰岩三种不同岩性石粉的活性及其对减水剂吸附性的影响,并通过水化量热㊁XRD㊁综合热分析㊁SEM 测试了掺不同岩性石粉水泥浆体的水化热㊁水化产物和微结构㊂结果表明:三种岩性石粉对减水剂的吸附性大小顺序为花岗岩石粉>玄武岩石粉>石灰岩石粉;石灰岩石粉的3d 活性指数最高,玄武岩石粉的28d 活性指数最高,而花岗岩石粉的3㊁28d 活性指数均最低;石灰岩石粉的掺入对水泥早期水化具有促进作用,促使水泥浆体在早期形成了更多的水化产物,并伴有水化半碳铝酸钙的生成;玄武岩石粉具有火山灰反应活性,玄武岩石粉的水泥浆体中后期形成了更多水化产物并降低了Ca(OH)2的含量;花岗岩石粉不具有水化反应活性,花岗岩石粉水泥浆体的水化反应程度最低㊂关键词:岩性;石粉;水化热;水化产物;微结构中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)10-3445-09Effect of Different Lithology Stone Powder on Hydration Properties of CementZOU Yunhua 1,LIU Li 1,YANG Hongtian 2,LI Beixing 2(1.Hubei Communications Investment Intelligent Detection Co.,Ltd.,Wuhan 430050,China;2.State Key Laboratory of Silicate Materials for Architectures,Wuhan University of Technology,Wuhan 430070,China)Abstract :To investigate the impact of different lithology stone powder as supplementary cementitious material on hydration and microstructure of cement paste,the fluidity ratio and activity index of stone powder were used to study the activity of three stone powder with different lithology,namely basalt,granite and limestone and their influence on adsorptivity of water reducer.Besides,the hydration heat,hydration products and microstructure of the cement pastes mixed with different lithology stone powder were tested by hydration calorimetry,X-ray diffraction,comprehensive thermal analysis and scanning electron microscope,respectively.The results show that the order of adsorption capacity of three stone powders to water reducer is granite powder >basalt powder >limestone powder.The 3d activity index of limestone is the highest,the 28d activity index of basalt is the highest,while the 3and 28d activity indexes of granite are the lowest.The addition of limestone can promote the early hydration of cement,and more hydration products are formed in the paste mixed with limestone in the early stage,accompanied by the formation of hemicarboaluminate.Basalt has pozzolanic reactivity,which promotes the formation of more hydration products and reduces the amount of Ca(OH)2in the cement paste mixed with basalt in the middle and late stages.Granite has no hydration reaction activity,and the hydration reaction degree of the paste mixed with granite is the lowest.Key words :lithology;stone powder;hydration heat;hydration product;microstructure收稿日期:2023-05-26;修订日期:2023-06-25基金项目:国家重点研发计划(2020YFC1909904)作者简介:邹云华(1977 ),男,高级工程师㊂主要从事公路与桥梁试验检测管理及道路建筑材料方面的研究㊂E-mail:65301750@ 通信作者:李北星,博士,教授㊂E-mail:508561897@0㊀引㊀言砂是混凝土的重要组成材料之一,随着基础设施的发展,其需求量日益增大㊂然而,河砂的大量开采会3446㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷导致河床过度挖掘,对环境造成严重的破坏,因此,许多国家颁布了河砂开采禁令,这导致了河砂的供应难以满足目前的建设需求[1-2]㊂机制砂是矿山岩石经过除土㊁破碎㊁整形㊁筛分㊁控粉等工艺制得的粒径小于4.75mm 的颗粒,正在逐步代替河砂应用于混凝土中㊂机制砂的生产过程中会产生10%~20%(质量分数,下同)的粒径小于75μm的石粉,根据‘建设用砂“(GB/T14684 2022)和混凝土配制要求,机制砂中的石粉含量不超过10%,多余的石粉往往通过风选和收尘装置收集起来,并储存于废石粉仓中,其中只有少量的回收石粉被用于制砖或用作水泥混合材等,大多被堆置或填埋于山沟中,造成资源浪费并对环境产生严重影响[3-4]㊂水泥工业是温室气体的主要来源之一,据统计,每年生产水泥排放的CO2占全球CO2排放总量的8%~10%[5]㊂大量研究表明,石粉具有微集料填充效应和晶核效应,有些含铝硅酸盐矿物的石粉还可能具有火山灰活性,因此,石粉具备作为辅助胶凝材料(supplementary cementitious materials,SCMs)的潜力㊂如能将石粉作为SCMs掺于水泥中,既可以资源化处理石粉又可以减少水泥中能耗最高的熟料用量,对环境非常有益㊂但由于石粉的种类繁多㊁成分复杂,难以得到有效利用㊂根据生产机制砂母岩岩性的不同,石粉主要有石灰岩石粉㊁玄武岩石粉㊁片麻岩石粉㊁凝灰岩石粉㊁花岗岩石粉等,不同岩性的石粉对水泥基材料性能的影响不同[6]㊂虽然学者对不同岩性的机制砂石粉进行了一定的研究,但大多数是针对某种石粉对水泥基材料工作性能㊁力学性能㊁耐久性能等宏观性能以及微观结构的影响㊂李晶[7]发现,使用质量分数为5%㊁比表面积为376m2/kg的石灰岩石粉替代水泥后,混凝土的早期强度显著提高,但后期强度几乎没有提升㊂Yang 等[8]研究了石灰岩石粉对再生混凝土微观结构的影响,发现石灰岩石粉具有优异的成核效应,C-S-H凝胶等水化产物在石灰岩石粉表面逐渐形成并沉降,这加速了水泥水化,并优化了混凝土界面过渡区的结构㊂张凯等[9]研究了20%以内的片麻岩石粉代替水泥后对混凝土性能的影响,结果表明,随着片麻岩石粉掺量的增加,混凝土的工作性能㊁力学性能都出现不同程度的降低,当石粉掺量为20%时,混凝土28d强度相比对照组下降了19%㊂Liu等[10]的研究表明,随着凝灰岩替代水泥比例的提高,浆体早期水化速率和累积水化放热量逐渐降低㊂Nasr等[11]发现15%的花岗岩石粉替代水泥后,砂浆的吸水率有一定的升高,他将这种现象归因于花岗岩石粉为惰性填料,替代水泥后减少了水化产物的量,导致砂浆体系中存在更多的孔隙㊂然而,目前鲜见针对不同岩性石粉作辅助胶凝材料对水泥水化性能影响的对比研究,因此难以厘清不同岩性石粉对水泥水化性能影响的差异㊂为此,本文对比研究了玄武岩㊁花岗岩㊁石灰岩三种不同岩性机制砂石粉的活性及对减水剂吸附性的影响,通过微量热仪测定了三种石粉作为辅助胶凝材料对水泥水化热的影响,通过XRD㊁综合热分析测定了石粉对水泥水化产物的影响,并通过SEM观察了三种不同岩性石粉水泥浆体的微结构㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料本研究选用P㊃O42.5普通硅酸盐水泥,3㊁28d抗压强度分别为25.8㊁49.5MPa,化学组成见表1㊂减水剂采用聚羧酸减水剂,固含量27%㊂表1㊀水泥和石粉的化学组成Table1㊀Chemical composition of cement and stone powderMaterial Mass fraction/%SiO2Al2O3CaO MgO Fe2O3SO3Na2O K2O Loss Cement17.59 4.5860.62 2.67 5.33 2.650.090.68 3.33 Basalt stone powder45.9917.487.50 4.8310.400.19 5.62 2.66 3.52 Granite stone powder68.5416.69 2.720.61 2.230.03 4.36 3.57 1.00 Limestone stone powder 4.430.7153.580.500.160.100.030.0740.38本试验所用三种石粉为玄武岩(basalt,BS)石粉㊁花岗岩(granite,GN)石粉㊁石灰岩(limestone,LS)石粉,分别是国内某工程干法生产玄武岩机制砂㊁花岗岩机制砂㊁石灰岩机制砂过程中用收尘装置收集得到的,为了减少由石粉细度不同带来的影响,将收尘石粉经过SMΦ500mmˑ500mm型标准试验磨粉磨至相同比表面积为(400ʃ10)m2/kg后用于试验,三种磨细石粉的比表面积分别为410㊁408㊁398m2/kg㊂石粉的化学第10期邹云华等:不同岩性石粉对水泥水化性能的影响3447㊀图1㊀不同岩性石粉的XRD 谱Fig.1㊀XRD patterns of stone powder with different lithologies 组成和XRD 谱分别见表1和图1,可以看出玄武岩石粉主要由钙长石㊁辉石㊁橄榄石等硅酸盐矿物组成,花岗岩石粉主要矿物成分为石英和钠长石,还有一定量的白云母,石灰岩石粉主要矿物为方解石㊂1.2㊀试验方法1.2.1㊀配合比为了研究不同岩性石粉对水泥性能的影响,设计了三种岩性石粉按照30%掺量替代水泥的胶凝材料配合比,如表2所示㊂1.2.2㊀流动度比石粉流动度比是指在掺减水剂和0.40水胶比条件下,掺加石粉的水泥砂浆与基准水泥浆体的流动度之比,用于判定石粉对减水剂的吸附性能㊂参照‘高性能混凝土用骨料“(JG /T 568 2019)附录D 规范,首先调整减水剂用量,使得纯水泥组(基准水泥砂浆)的流动度达到(180ʃ5)mm,然后分别测试石粉-水泥砂浆试验组的流动度,砂浆配合比见表3,按照式(1)计算石粉的流动度比㊂表2㊀石粉-水泥胶凝材料配合比Table 2㊀Mix proportion of stone powder-cement cementitious materialsSample No.Mix proportion (mass fraction)/%Cement Basalt stone powder Granite stone powder Limestone stone powder C-C 100 BS-C7030GN-C70 30 LS-C 70 30表3㊀流动度比试验的水泥砂浆配比Table 3㊀Mix proportion of cement mortar for fluidity testType of mortarCement mass /g Stone powder mass /g Standard sand mass /g Water mass /g Water reducer content Fluidity /mm Reference group45001350180Dosage of water reducer when the fluidity of mortar reaches (180ʃ5)mm 180ʃ5Test group 3151351350180Same as reference group LF F =L L 0ˑ100%(1)式中:F F 为石粉的流动度比,%,精确到1%;L 为试验砂浆流动度,mm;L 0为基准砂浆的流动度,mm㊂1.2.3㊀强度活性指数参照‘混凝土和砂浆用再生微粉“(JG /T 573 2020)测定三种石粉的活性指数,以石粉-水泥浆体与纯水泥砂浆的抗压强度比值表征石粉的强度活性指数,比值越大,代表石粉的活性越高㊂按照表2配比称取胶凝材料,按照‘水泥胶砂检验方法(ISO 法)“(GB /T 17671 2021)制备砂浆试件,其中胶凝材料450g,标准砂1350g,水胶比0.5㊂成型1d 后脱模,然后在标准养护条件下养护,按规定测定浆体的3㊁28d 抗压强度,按式(2)计算石粉的强度活性指数㊂A =R t R 0ˑ100%(2)式中:A 为石粉的强度活性指数,%,精确到0.01%;R t 为石粉-水泥砂浆相应龄期的强度,MPa;R 0为纯水泥浆体相应龄期的强度,MPa㊂3448㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷1.2.4㊀水化热按照表2称取胶凝材料制备浆体(净浆),然后采用美国TAM 仪器公司生产的八通道TAM Air 测试仪同时测定不同浆体的水化热㊂浆体的胶凝材料质量为5g,水胶比为0.4,测试时间为96h,试验温度为25ħ㊂1.2.5㊀XRD 按照表2称取胶凝材料,水胶比为0.4制备水泥浆体(净浆),在标准养护条件下养护7d 后用无水乙醇终止水化,40ħ烘干后研磨成粉末,采用德国布鲁克AXS 公司生产的D8Advance 型X 射线衍射仪测定浆体的物相,利用Origin 软件作图对XRD 谱衍射峰进行Gaussian 函数峰拟合,数次迭代后计算出衍射峰的波峰加权平均中心(2θ)㊁波峰面积㊁波峰高度㊂1.2.6㊀SEM 浆体(净浆)配合比与1.2.5节相同,浆体养护7d 后敲碎取样,用无水乙醇终止水化,40ħ烘干后采用QUANTA FEG 450型场发射扫描电子显微镜拍摄净浆的微观照片㊂1.2.7㊀热分析浆体(净浆)配合比与1.2.5节相同,浆体养护28d 后用无水乙醇终止水化,40ħ烘干后研磨成粉末,采用德国耐驰仪器公司的STA449F3同步热分析仪进行热重分析,升温速率为10ħ/min,最高温度为1000ħ㊂㊀2㊀结果与讨论2.1㊀不同岩性石粉流动度比图2㊀不同岩性石粉的流动度比Fig.2㊀Fluidity ratio of stone powder withdifferent lithologies 采用石粉流动度比评价不同岩性石粉对减水剂的吸附性㊂表4为掺30%不同岩性石粉水泥浆体的流动度试验结果,聚羧酸减水剂通过COO -基团锚固在水泥颗粒表面的阳离子基团上从而被水泥吸附[12]㊂图2为不同岩性石粉的流动度比㊂由图2可知,玄武岩石粉的流动度比为86%,这表明将玄武岩石粉替代水泥后对砂浆工作性能产生了负面影响,这是由于玄武岩石粉为含Ca㊁Al㊁Mg 等元素的硅酸盐矿物,经过粉磨后表面存在较多的Si O -,为石粉中溶出的Ca 2+㊁Al 3+等阳离子提供了吸附位点,从而形成表面双电层结构,大量聚羧酸减水剂被表面的阳离子吸附结合[13],导致供水泥分散的减水剂减少,流动度比有所下降;与玄武岩石粉相比,花岗岩石粉的流动度比更低,仅为77%,这是由于花岗岩石粉除了具有与玄武岩石粉类似的表面化学特性外,还含有层状硅酸盐矿物白云母,白云母的层状结构可引起聚羧酸减水剂的插层吸附[14],导致供水泥分散的减水剂进一步减少;石灰岩石粉的流动度比大于100%,这可以从两方面解释:第一,方解石较高的溶解度导致表面Zeta 电位绝对值更大,颗粒分散性更好,水泥絮凝结构的自由水和减水剂得以析出;第二,石灰岩石粉对聚羧酸减水剂的吸附率不及水泥,更多的减水剂可用于水泥分散[1]㊂综合来看,玄武岩石粉㊁花岗岩石粉对聚羧酸减水剂具有较强的吸附性,而石灰岩石粉的吸附性较弱㊂表4㊀掺不同岩性石粉水泥砂浆的流动度Table 4㊀Fluidity of cement mortar mixed with different lithology stone powderSample C-C BS-C GN-C LS-C Mass fraction of water reducer /% 1.2 1.2 1.2 1.2Fluidity /mm 1751511351842.2㊀不同岩性石粉的强度活性指数图3为不同岩性石粉强度活性指数,从图3(a)可知,玄武岩石粉的3d 抗压强度活性指数略高于花岗岩第10期邹云华等:不同岩性石粉对水泥水化性能的影响3449㊀图3㊀不同岩性石粉的强度活性指数Fig.3㊀Strength activity index of stone powder with different lithologies 石粉,但两者均显著低于石灰岩石粉,玄武岩石粉㊁花岗岩石粉的活性指数分别比石灰岩石粉低6.85%㊁7.63%㊂这是由于玄武岩石粉㊁花岗岩石粉在3d 时几乎未参与水化反应,仅起到惰性填料作用,而花岗岩石粉由于具有层状解理的云母矿物,因此颗粒多呈现片状[15],易导致局部应力集中,石粉周围的微小界面过渡区局部水灰比增大,微小界面过渡区孔隙率增大[16]㊂此外,由于石灰岩石粉中方解石的Ca 和O 原子的平面构型与C-S-H 中的CaO 层相似,为C-S-H 凝胶提供了成核位点,因此,水泥的水化速度加快,3d强度相比于掺其他两种石粉显著提高[7]㊂28d 时,不同石粉的活性指数变化规律不同,BS-C 的28d 活性指数相比于3d 显著增加,从63.03%增长到76.34%,这是由于玄武岩是由岩浆快速凝固形成的喷出岩,因此玄武岩石粉中含有无定型的SiO 2㊁Al 2O 3,具有火山灰活性,随着水化龄期的延长,这些活性物质逐渐和水泥中的Ca(OH)2反应生成C-S-H 凝胶㊁C-A-S-H 凝胶等二次水化产物,填充了砂浆中的有害孔隙[17];花岗岩石粉的28d 活性指数与3d 几乎相同,因为花岗岩为侵入岩,结晶度良好,活性低,因此花岗岩石粉几乎不会参与水化反应;石灰岩石粉的28d 活性指数相比3d 更低,但仅降低了0.99%,这是由两方面因素共同作用导致:第一,石灰岩石粉的晶核效应主要体现在加速水泥早期水化,而随着龄期的增长,纯水泥试样中水泥熟料矿物的水化程度逐渐增加,弥补了石灰岩石粉早期促进生成的额外水化产物,因此石灰岩石粉加速水化效应带来的强度增益效果逐渐减弱,这会对石灰岩石粉的28d 活性指数产生负面影响㊂第二,石灰岩石粉中的CaCO 3可以和浆体中多余的C 3A 反应,在早期生成水化半碳铝酸钙(见反应式(3)),后期逐渐转化为水化单碳铝酸钙(见反应式(4)),抑制水化早期形成的钙矾石(三硫型水化硫铝酸钙)在后期与C 3A 反应向单硫型水化硫铝酸钙转化(见反应式(5)~(6)),减少了因钙矾石晶体体积变化带来的对强度的负面影响,并且生成的水化碳铝酸钙有助于水泥石强度的提高[18-20],这有益于28d 活性指数的提高㊂C 3A +0.5CaCO 3+0.5Ca(OH)2+11.5H 2O ң4CaO㊃Al 2O 3㊃0.5CO 2㊃12H 2O(3)4CaO㊃Al 2O 3㊃0.5CaCO 3㊃12H 2O +0.5CaCO 3ң4CaO㊃Al 2O 3㊃CO 2㊃11H 2O +H 2O (4)C 3A +3CaSO 4㊃2H 2O +26H 2O ңC 3A㊃3CaSO 4㊃32H 2O(5)2C 3A +C 3A㊃3CaSO 4㊃32H 2O +4H 2O ң3(C 3A㊃CaSO 4㊃12H 2O)(6)2.3㊀石粉岩性对水泥水化热影响图4(a)为不同岩性石粉水泥浆体水化放热速率曲线,由图4(a)可知,C-C㊁BS-C㊁GN-C㊁LS-C 水化放热速率的峰值和峰值出现时间分别为8.89J㊃g -1㊃s -1(12.73h)㊁7.01J㊃g -1㊃s -1(12.27h)㊁7.20J㊃g -1㊃s -1(12.46h)㊁7.64J㊃g -1㊃s -1(9.10h),三种石粉-水泥浆体的水化放热速率峰值均小于纯水泥组,这是由于水泥被替代后可供水化物质的减少㊂相比于BS-C㊁GN-C,LS-C 的放热速率峰值更高,峰值出现时间更早,放热速率峰值分别比两者大8.99%㊁6.11%,出现时间分别提前3.17㊁3.36h㊂这源于石灰岩石粉中的方解石较高的溶解度以及其特殊的晶体结构,CaCO 3溶出的Ca 2+增大了体系的Ca /Si,缩短了水化诱导期的时间,加速了C-S-H 凝胶的生成[21],方解石晶体结构为C-S-H 凝胶提供了良好的成核位点,促进了C-S-H 凝胶的生长[22]㊂特别地,与BS-C 相比,GN-C 的水化热峰值略高,这可能是由于GN-C 中的α-SiO 2起到了一定的晶核作用,可供C-S-H 凝胶成核生长,一定程度提高了水泥的水化程度[23]㊂但GN-C 峰值出现时间略晚,这可能与玄武岩石粉的Ca 含量比花岗岩石粉更高有关,更多Ca 2+的溶出使得水化加速期提前㊂图4(b)为不同岩性石粉水泥浆体96h 累积放热量曲线,由图可知BS-C㊁GN-C 的水化放热量远小于纯水泥浆体,BS-C㊁GN-C 分别比C-C 的96h 累积放热量低21.20%㊁19.14%,这是因为在水化96h 内,两种石粉几乎都没有参与化学反应㊂而LS-C 的累积放热量明显高于另外两种石粉水泥浆体,例如,LS-C 的96h 累积放热量比BS-C 高14.74%,这是由于成核效应引起更多的C-S-H 参与水化,使得浆体水化程度更高㊂水化放热量的结果也进一步印证了不同岩性石粉3d 强度活性指数的规律㊂3450㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图4㊀不同岩性石粉水泥浆体水化热曲线Fig.4㊀Hydration heat curves of cement paste mixed with different lithology stone powder 2.4㊀不同岩性石粉水泥浆体XRD测试分析图5㊀不同岩性石粉水泥浆体7d 的XRD 谱Fig.5㊀XRD patterns of cement paste mixed with different lithology stone powder at 7d 图5为不同岩性石粉水泥浆体7d 的XRD 谱,表5为不同岩性石粉水泥浆体中Ca (OH)2的(001)晶面XRD 衍射峰特征,Ca(OH)2的XRD 谱在2θ=18.02ʎ左右存在一个主峰,对应其(001)晶面㊂表6为不同岩性石粉水泥浆体中钙矾石(AFt)的(100)晶面衍射峰特征,AFt 在2θ=9.08ʎ左右存在一个主峰,对应(100)晶面㊂衍射峰面积大小可以表征物相含量的高低[24]㊂由图5可以看出C-C 中存在Ca(OH)2和钙矾石(AFt)以及未水化的熟料;BS-C㊁GN-C 的水化产物与C-C 类似,但Ca(OH)2衍射峰强度有所不同㊂由表5可知,Ca(OH)2的(001)晶面衍射峰面积大小顺序为C-C >GN-C >BS-C,这是由于将石粉替代水泥后减少了熟料的量,因此产生的水化产物的量减少,而BS-C 在7d 时发生了一定程度的火山灰反应,消耗了一部分Ca(OH)2,因此Ca(OH)2衍射峰面积小于GN-C;LS-C 的Ca(OH)2衍射峰强度高于C-C,其Ca(OH)2的(001)晶面衍射峰面积比C-C 高6.23%,这是由于方解石早期对水泥水化的促进作用,加大了水泥的水化程度㊂另外,LS-C 的AFt 衍射峰强度高于其余三组,例如,LS-C 中AFt 的(100)衍射峰面积比C-C 大7.87%,并且LS-C 中出现了水化半碳铝酸钙(4CaO㊃Al 2O 3㊃0.5CO 2㊃12H 2O)的衍射峰(衍射峰位置在2θ=10.80ʎ左右),这是由于在水化早期(1~3d)CaCO 3与铝酸盐相反应生成了水化半碳铝酸钙,消耗了浆体中的C 3A,抑制了AFt 与C 3A 反应向单硫型硫铝酸钙(AFm)转变[19]㊂这与Ipavec 等[20]的研究一致,即在含有石灰岩石粉的水泥浆体中,水化半碳铝酸钙在早期形成㊂表5㊀不同岩性石粉水泥浆体中Ca (OH )2的(001)晶面XRD 峰特征Table 5㊀XRD peak characteristics of (001)crystal plane of Ca (OH )2in cement paste mixed with different lithology stone powderSample 2θ/(ʎ)Peak area Peak height C-C 18.02109.39420.20BS-C 18.0272.90282.91GN-C 18.0181.50338.38LS-C 18.02116.21455.35第10期邹云华等:不同岩性石粉对水泥水化性能的影响3451㊀表6㊀不同岩性石粉水泥浆体中AFt 的(100)晶面XRD 峰特征Table 6㊀XRD peak characteristics of (100)crystal plane of AFt incement paste mixed with different lithology stone powderSample2θ/(ʎ)Peak area Peak height C-C 9.0813.0968.26BS-C 9.0811.0063.78GN-C 9.0810.5762.45LS-C 9.0814.1275.722.5㊀不同岩性石粉水泥浆体的SEM 分析图6为不同岩性石粉水泥浆体7d 的SEM 照片,由图6(a)可以看出,纯水泥浆体中分布着Ca(OH)2㊁C-S-H 凝胶㊁钙矾石等水化产物㊂图6(b)中,玄武岩石粉颗粒表面出现刻蚀痕迹,边缘变得模糊并覆有一定量的C-S-H 凝胶,这表明玄武岩石粉已有少部分参与二次水化反应生成凝胶水化产物㊂从图6(c)可以看出,花岗岩石粉表面致密,未见水化迹象㊂图6(d)中的石灰岩石粉被大量的C-S-H 凝胶覆盖,且C-S-H 凝胶生长具有方向性,这是因为方解石的晶体结构中Ca 和O 原子与C-S-H 凝胶中的平面构型相似,因此能给C-S-H 凝胶提供良好的成核生长位点[19]㊂图6㊀不同岩性石粉水泥浆体7d 的SEM 照片Fig.6㊀SEM images of cement paste mixed with different lithology stone powder at 7d 2.6㊀不同岩性石粉水泥浆体热重曲线水泥的水化产物在一定温度下会发生分解导致失重,而不同物质的分解温度不同,通过热重分析可以判断水泥浆体中的物质组成和含量㊂图7为不同岩性石粉水泥浆体28d 的热重(TG)曲线,根据文献[24-26],40~200ħ的失重为C-S-H 凝胶㊁钙矾石的脱水,400~550ħ的失重为Ca(OH)2的脱水,550~800ħ为CaCO 3的脱水,900~920ħ为水化碳铝酸钙(4CaO㊃Al 2O 3㊃CO 2㊃11H 2O)的脱碳㊂需要说明的是,在本试验中,BS-C㊁GN-C 中的CaCO 3源于浆体中Ca(OH)2的碳化,LS-C 中的CaCO 3源于浆体中Ca(OH)2的碳化和自身的方解石㊂三个试样中,BS-C 在40~200ħ的失重率最高,达6.35%,而在400~550ħ和550~800ħ的失重率最低,分别为3.00%㊁2.55%,这是由于玄武岩石粉具有火山灰效应,在28d 时玄武岩石粉已大量消耗了浆体中的Ca(OH)2,发生火山灰反应生成C-S-H 凝胶等水化产物,这也是BS-C 的28d 强度活性指数最高的原因㊂与GN-C 相比,LS-C 在40~200ħ㊁400~550ħ均表现出更高的失重,这是由于石灰岩石粉对3452㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷水泥水化反应具有促进作用,而花岗石粉只能起惰性填料作用,导致石灰岩石粉水泥浆体中存在更多的Ca(OH)2㊁C-S-H 凝胶等水化产物㊂另外,BS-C㊁GN-C㊁LS-C 在900~920ħ的失重量分别为0.12%㊁0.20%㊁0.34%,LS-C 在该温度范围更高的失重可能与LS-C 浆体中存在水化碳铝酸钙有关㊂图7㊀不同岩性石粉水泥浆体28d 的TG 曲线Fig.7㊀TG curves of cement paste mixed with different lithology stone powder at 28d 3㊀结㊀论1)三种岩性石粉中,花岗岩石粉对减水剂吸附性最强,而石灰岩石粉对减水剂吸附最弱;石灰岩石粉的3d 活性指数显著高于玄武岩石粉和花岗石粉,但28d 活性指数有小幅降低;玄武岩石粉的28d 活性指数相比于3d 显著增大;花岗岩石粉3㊁28d 活性指数均最低㊂2)三种不同岩性石粉水泥浆体中,石灰岩石粉水泥浆体的水化放热速率峰值最高,峰值出现时间最早,96h 累积放热量最大;花岗岩石粉水泥浆体的水化放热速率峰值和96h 累积放热量略高于掺玄武岩石粉水泥浆体㊂3)石灰岩石粉对水泥早期水化有促进作用,导致石灰岩石粉水泥浆体早龄期Ca(OH)2和C-S-H 凝胶等水泥水化产物数量最多,并新形成了水化半碳铝酸钙;由于玄武岩石粉的火山灰反应效应,玄武岩石粉水泥浆体后龄期在40~200ħ失重最大,即C-S-H 凝胶㊁AFt 等水化产物形成数量最多,在400~550ħ失重最少,即Ca(OH)2数量最少;花岗岩石粉不具有水化反应活性,导致花岗岩石粉水泥浆体水化程度最低㊂参考文献[1]㊀孙茹茹,王㊀振,黄法礼,等.不同岩性石粉-水泥复合胶凝材料性能研究[J].材料导报,2021,35(增刊1):211-215.SUN R R,WANG Z,HUANG F L,et al.Study on properties of different lithology stone powder-cement composite cementitious materials[J].Materials 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石粉含量对水泥砂浆性能影响的试验研究

石粉含量对水泥砂浆性能影响的试验研究摘要：随着我国相关部门对生态环境及自然资源管理的加强，河道可开采天然砂资源日益减少。

使用天然砂配制砂浆的传统方式面临成本增加、天然砂质量差，甚至无砂可用等困境，建筑用砂供需矛盾日益凸显，系统地研究石粉含量对水泥砂浆性能的影响，确定不同强度等级砂浆的最适宜石粉含量，为我国制定及机制砂的应用提供重要的数据支撑。

关键词：石粉含量；水泥砂浆性能；实验研究；影响分析1.原材料及试验1.1.原材料水泥为42.5级普通硅酸盐水泥；机制砂主要成分为石灰岩，细度模数3.1，Ⅱ区级配砂，堆积密度1463kg/m3，石粉含量8.2%，泥块含量2.2%，压碎值指标23.4%，MB值0.7；将机制砂置于孔径0.075mm的圆形筛上，通过圆形筛且粒级大于75μm的颗粒即为试验用石粉；粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，需水量比104%，细度24.55%，含水量0.1%，烧失量2.1%；用水为实验室自来水。

1.2.试验方案在保证砂浆工作性能不变的情况下，通过外掺石粉改变水洗机制砂中的石粉含量，研究石粉含量对M5、M10、M15、M20四种强度等级水泥砂浆性能的影响规律。

试验砂浆配比设计参照JGJ/T98-2010《砌筑砂浆配合比设计规程》和JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，石粉含量确定为0、5%、10%、15%、20%、25%，分别进行机制砂砂浆标准稠度用水量、保水性及力学性能的试验研究。

设计的四种强度水泥砂浆基础配比见图表1。

图表12.结果与分析2.1.石粉含量对砂浆标准稠度用水量的影响为满足设计和施工需要，对于机制砂砂浆的配制过程，最关键的一步是确定砂浆标准稠度用水量。

试验中通过调整配比中的用水量，使得砂浆稠度达到砂浆标准稠度（80±3）mm。

由图表2可得，对于M5、M10、M15、M20四种强度等级砂浆，石粉含量为0时，砂浆用水量最低，之后随着石粉含量的增加，砂浆的标准稠度用水量不断提高，说明石粉具有较明显的吸水效应。

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设计与研究・
大理石粉对水泥浆体力学性能和微观结构的影响研究
张军，向军，裴李正兵２
（．１成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都２国水利水电第七工程局有限公司，冲四川成都６０３）１０４６０５；１０９
降低了水泥浆液的稠度和工作性能，使得水泥的结
石速率变慢。
图３纯水泥浆４０倍ＳＭ图０Ｅ
３２大理石粉掺量对水泥浆液力学性能的影响．大理石粉对水泥浆液抗压强度和弹性模量的影响结果如表ｌ列。大理石粉掺量为８所％时，泥浆水
微观结构和水化产物。
关键词：泥；水大理石粉；学性能；观结构力微
中图分类号：Ｕ０Ｔ５２
文献标识码：Ａ
文章编号：０５０４（０１０ — ０８０２９ — １４２１）９００ — ３
在西南某水电站边坡和隧道开挖中产生了大量大理石粉．矿渣堆弃和运输成本较大且破坏环境。因此试验组以“ 因地制宜和变废为宝 ” 的思想提出了采用大理石粉部分代替水泥的研究。目前，于石关灰石粉和砂板岩石粉对水泥、泥砂浆及混凝土性水能影响的研究较多［对于石粉在水泥浆液中所起Ｉ。的作用有两种观点：一种认为石粉为惰性掺和料，它不参与水泥的水化过程，水泥结石过程中只起在微料填充作用 …：一种认为石粉参与水泥水化过另程，且对水泥浆液的工作性能和力学性能都有并
ＣＳＨ凝胶和Ｃ（Ｈ）附着在ＣＣ３粒表面， —— ａＯａＯ颗阻止了Ｃ（Ｈ）在浆体孔隙中形成大晶体，加了浆ａＯ增体内部粘结力，得浆体结构更致密，而提高试块使从的强度。由于大理石粉在水化过程中不充当胶结物质，当大理石粉掺量过高时，由于水泥掺量相对降低，浆体中胶结物质减少，导致试块强度下降。
作者简介：张
８・
军（９７）男，１８一，重庆巫溪人，士研究生，硕主要从事岩土工程和地质灾害防治方面的研究。
・
第９期
张
军，：理石粉对水泥浆体力学性能和微观结构的影响研究等大
第４７卷
湿度＞０９％的便准养护箱中养护，４ｈ后脱模，将试２样水平放在２ ± ＝中养护至各龄期。０１【ｃ水
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１Ｏ．
粒径范围／ｍＩｚ
影响Ｃ。本文采用不同大理石粉掺量等量代替水泥７］的方法研究了大理石粉对水泥浆体工作性能、学力性能及微观结构的ｌＯ
ＯＯ００Ｏ０ＯＯＯＯ
玲
粉中主要物质组成为碳酸钙。９％左右；泥比重占５水
为３１／ｍ，．５ｇ３比表面积为３４７２ｇ大理石粉比ｃ４．ｍ／；７ｋ重为２８／ｍ，．５ｇｅ比表面积为６６１２ｇ大理石粉５．／。４ｍｋ
２２试验数据采集．
④ 凝结时间：浆液凝结时间的测定依照Ｇ１４ — ０１准，用维卡仪进行测定；Ｂ３６２０标使 ⑤ 抗压强度：试验参照Ｇ／６１１９（Ｂ１７ — ９９水泥Ｔ７砂浆强度检测方法（ＳＩＯ法）标准测定净浆抗压强》
试验规程》混凝土静力抗压弹性模量试验 ” 中“ 进行。
２３试验配比．
② 流动度：采用标准浆液稠度仪和流动度盘进
行测量；
③ 析水率：将拌制好的浆液装入５０ｍ０Ｌ的量
筒中。测定静置２ｈ后浆液泌出的水量；
试验中水灰比为０５１石粉掺量分别按照Ｏ．：，％、８１％和２％等量代替水泥进行浆液性能测试。％、５５试
士
脚
中＜ｍ的微集料达到３％。５５
２试验方法２１浆液制作．
粒径范围／ｍＩｚ
由于大理石粉属于惰性材料［．水中具有易３在】
图２大理石粉粒径分布
下沉（淀）不易分散等特性，试验采用先将水泥沉、本加入水中搅拌均匀后再掺入大理石粉进行搅拌，制浆时使用转速为２８０ｒｎ的旋涡式高速搅拌机，４ｍｉ／
长条物质。物质为水泥水化初期产物。明少量大该说理石粉的掺人提高了水泥的初期水化速度。大量
ＳＭ试验分析认为．大理石粉的微晶核效应使得Ｅ
等人认为ＣＣ。ａＯ微集料有利于提高水泥早期强度，除生成碳铝酸钙外，还对ＳＣ作用密切。３也认为细分
而使水泥浆液的吸水率和流动度增加；另一方面等质量的大理石粉需水量小于水泥，理石粉的掺入大
增大了浆液实际水灰比，低了浆液的稠度。浆液降的初凝时间和终凝时间均大于纯水泥浆，变化过其程与析水率和流动度相吻合。可见大理石粉的惨人
度：
本试验所测试的数据有：对密度、动度、相流析
水率、结时间、凝抗压强度和弹性模量。
① 相对密度：使用Ｎ一型泥浆密度计测定浆Ｂ１
液的相对密度；
⑥ 弹性模量：试验参照Ｓ５８《Ｄ１ — ２水工混凝土０
纯水泥浆和掺８％的大理石粉浆体２Ｅ图８ｄＳＭ如图３４所示，图可知，８、由掺％大理石粉的浆体结
８％的浆液小于纯水泥浆外，其他均大于纯水泥浆。这是由于一方面大理石粉比表面积大于水泥，理大石粉中微集料含量高，粉和水泥间相互填充，得石使颗粒间空隙减少，隙水量降低，空自由水量增加，进
验结果见表１。
表１不同配比浆液试验结果
３试验结果分析
水泥浆液弹性模量的影响与抗压强度近似，石粉掺量为８％的浆液在各养护龄期弹性模量均最高，纯水泥浆次之。粉掺量为１％和２％的相差不大，石５５均小于纯水泥浆。３３大理石粉对水泥浆液微观结构的影晌．
第４７卷第９期
２１０１年９月
甘肃水利水电技术
ＧａｓＷａｅｎｅｖｎｃｄＨｙｏｏｗｅｃｎｌｇｎｕｔｒＣｏｓｒａｙａｄｒｐｎｒＴｅｈｏｏｙ
Ｖｏ．７．．１４Ｎｏ９
Ｓｅ，ｐ．２０１１
散的ＣＣ，加快ＳＣ早期水化速度，ａＯ细度ａＯ能ＣＣ。
越高，３化越快，而且早期比后期更明显。在ＣＳ水ＣＳＣＣ３ＨＯ系统水化过程中，有部分ＣＣ，３— ａＯ一ａＯ参
与反应与ＣＳＨ结合，而改变这部分ＣＣ， —— 从ａＯ颗粒的表面状态，有利于与水化ＣＳ颗粒之间的粘结，。使
液各龄期抗压强度均最高，泥次之，５水１％和２％的５石粉掺量相差不大，小于纯水泥浆。大理石粉掺均量为８％时３ｄ７ｄ１、８ｄ６、、４ｄ２、０ｄ和１０ｄ抗压强８
度较纯水泥浆分别提高了１．％、．５１．０１１９８％、５３％、０
收稿日期：０１０ — ５２１－７２
搅拌时间３ｒｉ。待浆液流动度达到可泵期以后，ｎａ即可进行试样装模．模具大小为７０ｍｘ．ｒｘ．７．７ｃ７０ｃ７０７ｕｃ将试样振动、平后置于温度（０ｃ土）相对ｍ，刮２＝２ｏ、ＩＥ
１试验材料
图１水泥粒径分布
四川省凉山州乃托水泥有限公司生产的“ 托 ” 乃逞牌Ｐ・４．泥和西南某水电站自制加工经检验合９８蚓６５４３２１Ｏ０２５水缸二ｆ７ ¨ 格的大理石粉。颗粒分布如图１２所示。大理石ＯＯＯＯＯＯ０ＯＯＯ其、