王浩，譚鹽賓，楊魯，謝永江，李林香，葛昕，鄭永杰

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081；2.高速鐵路軌道技術國家重點實驗室，北京 100081）

0 引言

近年來，隨著國內高速鐵路、水電工程、房地產等快速發(fā)展以及國家對環(huán)境保護的日益重視，廣泛應用于混凝土的粉煤灰隨著土建工程建設量的快速增長和火力發(fā)電廠的減少，在國內多地已出現粉煤灰資源緊缺的局面，亟待開發(fā)新的替代材料。在我國西南地區(qū)，特別是在云南、四川和西藏三省，由于處于歐亞板塊地震活躍帶，古火山分布多，具有豐富的天然火山灰資源以及火成巖礦物資源[1-3]。有研究表明[4]，火成巖礦物具有與粉煤灰相似的化學組成，主要以SiO2、Al2O3和Fe2O3等為主，將其磨細加工至一定細度后具有較好的潛在水化活性，能有效改善混凝土拌合物性能并提高耐久性能，可作為混凝土用礦物摻合料。磨細火成巖質礦物材料已在我國西南地區(qū)多個水利項目中進行了成功應用[5]。

目前，國內外研究人員關于天然火山灰對混凝土力學性能和耐久性能的影響方面研究較多[6-14]，而對采用火成巖磨細加工而得的礦物摻合料研究則較少?；鸪蓭r由于巖性復雜，有凝灰?guī)r、安山巖、流紋巖、玄武巖等，不同巖性火成巖礦物材料對混凝土性能的影響也各不相同。相關研究表明[15]：火成巖礦物材料由于顆粒內部多孔、表面粗糙，且棱角較多，在混凝土中應用存在減水劑需求量偏高、坍落度經時損失大等問題，火成巖礦物材料與減水劑的相容性問題影響其在混凝土中的順利應用。本文結合川藏地區(qū)地緣性礦物材料分布特點和性能特點，選取4種巖性火成巖礦物磨細制得礦物摻合料，研究其與鐵路混凝土常用聚羧酸系減水劑的相容性，以期為川藏地區(qū)鐵路工程建設提供參考。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：北京金隅集團有限責任公司生產，P·O42.5級，安定性合格，物理力學性能見表1，主要化學成分見表2。

表1 水泥的物理力學性能

表2 水泥的主要化學成分 %

（2）粉煤灰（FA）：唐山市浩冉商貿有限公司，Ⅰ級。

（3）磨細火成巖質礦物摻合料：磨細安山巖（AS）、磨細流紋巖（LW）、磨細玄武巖（XW）和磨細凝灰?guī)r（NH）。4種磨細火成巖質礦物摻合料和粉煤灰的主要技術性能見表3，主要化學成分見表4。

表3 磨細火成巖和粉煤灰的主要技術性能

表4 磨細火成巖和粉煤灰的主要化學成分 %

（4）標準型聚羧酸減水劑（PC）和保坍型聚羧酸減水劑（BT）：河北三楷深發(fā)科技股份有限公司生產，固含量均為20%，折固摻量為0.15%時減水率分別為25%、15%。

1.2 試驗配合比

磨細火成巖與減水劑相容性試驗配合比見表5。其中，粉煤灰摻量為30%，磨細火成巖摻量分別為10%、20%、30%，火成巖種類包括安山巖、流紋巖、玄武巖和凝灰?guī)r。

表5 外加劑相容性試驗配比 g

1.3 試驗方法

（1）顆粒形貌分析：采用德國蔡司公司生產的Merlin型場發(fā)射掃描電子顯微鏡測試粉煤灰與磨細火成巖顆粒的微觀形貌。

（2）相容性測試：按照JC/T 1083—2008《水泥與減水劑相容性試驗方法》進行，對比粉煤灰和不同巖性磨細火成巖在不同摻量下對水泥漿體初始流動度、經時損失和聚羧酸系減水劑飽和摻量的影響。

2 結果與討論

2.1 不同礦物摻合料的顆粒形貌

粉煤灰和不同巖性磨細火成巖的SEM照片見圖1。

由圖1可見，磨細火成巖粉與粉煤灰的顆粒形貌明顯不同，經過電收塵得到的粉煤灰顆?；緸楣饣蝮w，而采用粉磨加工工藝制得的磨細火成巖粉顆粒外觀均呈粗糙不規(guī)則形狀，多棱角。

圖1 粉煤灰與不同巖性磨細火成巖的SEM照片

2.2 不同礦物摻合料對水泥-火成巖漿體流動度的影響

采用表5配合比，聚羧酸減水劑摻量（總摻量，下同）固定為0.6%，對比研究了不同巖性磨細火成巖及其摻量對水泥-火成巖漿體流動度的影響，結果如表6所示。

表6 不同摻量及巖性磨細火成巖粉-水泥的漿體流動度

由表6可知，對于各巖性磨細火成巖礦物材料，隨著其摻量增加，漿體流動度均呈逐漸減小的趨勢。對比同摻量不同巖性磨細火成巖粉-水泥漿體流動度變化規(guī)律可知：摻加磨細安山巖和流紋巖的水泥漿體流動度最大，摻加磨細玄武巖的次之，摻加磨細凝灰?guī)r的水泥漿體流動度最小，說明磨細安山巖粉和磨細流紋巖粉對漿體流動度影響較小，與減水劑相容性較好，而磨細玄武巖粉和磨細凝灰?guī)r粉則對漿體流動度有明顯不利影響，與減水劑相容性較差。

2.3 不同礦物摻合料對水泥-火成巖粉漿體流動度經時損失的影響

試驗以摻量30%的水泥-粉煤灰漿體為基準，保坍型減水劑摻量（總摻量，下同）固定為0.6%，調整標準型減水劑摻量以保證漿體初始流動度為（270±10）mm，試驗結果見表7。

表7 不同礦物摻合料及其摻量對水泥漿體流動度的影響

由表7可知，摻加磨細安山巖和磨細流紋巖的漿體減水劑摻量隨磨細火成巖摻量的增加而減少，說明這2種磨細火成巖具有一定程度減水作用，摻加磨細玄武巖的漿體減水劑用量隨其摻量無明顯變化，而摻加磨細凝灰?guī)r的漿體的減水劑用量隨其摻量的增加而增加。當礦物摻合料摻量為30%時，漿體達到相同初始流動度，對減水劑的需求量由大到小順序為：磨細凝灰?guī)r＞粉煤灰＞磨細玄武巖＞磨細流紋巖＞磨細安山巖。此外，30%摻量時摻粉煤灰水泥漿體經時損失較小，2 h水泥漿體流動度經時損失率僅為1.37%，而摻磨細火成巖的水泥漿體流動度經時損失均明顯高于粉煤灰水泥漿體，摻磨細流紋巖、磨細安山巖、磨細玄武巖的漿體2 h流動度經時損失率分別為34.93%、42.59%、43.40%，磨細凝灰?guī)r漿體的2 h流動度經時損失最大，達到54.72%。

2.4 不同巖性磨細火成巖對減水劑飽和摻量的影響（見表8）

由表8可知，4種磨細火成巖均表現出隨摻量增加，聚羧酸減水劑的飽和摻量隨之增大的規(guī)律，除20%摻量外，在摻量10%和30%時，不同巖性磨細火成巖水泥漿體的減水劑飽和摻量由大到小為磨細凝灰?guī)r、磨細玄武巖、磨細流紋巖和磨細安山巖，說明磨細凝灰?guī)r對減水劑需求量最大，相容性最差，而磨細安山巖則與減水劑相容性最好。

表8 不同巖性磨細火成巖及其摻量對聚羧酸減水劑飽和摻量的影響

3 結論

（1）經磨細加工而得到的火成巖礦物材料微觀形貌與粉煤灰的玻璃球體完全不同，呈粗糙不規(guī)則形狀、多棱角。

（2）隨著各巖性磨細火成巖礦物材料摻量增加，水泥漿體的流動度均逐漸減小。摻加磨細安山巖和流紋巖的水泥漿體流動度最大，摻加磨細玄武巖的次之，摻加磨細凝灰?guī)r的水泥漿體流動度最小。相同水泥漿體流動度下，磨細安山巖測試組摻加的外加劑摻量最小、磨細流紋巖次之、磨細玄武巖再次，而摻加磨細凝灰?guī)r測試組外加劑摻量最大；此外，磨細火成巖巖性對水泥漿體流動度經時損失，從小到大依次為：粉煤灰、磨細流紋巖、磨細安山巖、磨細玄武巖和磨細凝灰?guī)r。

（3）隨著磨細火成巖摻量增加，聚羧酸減水劑的飽和摻量隨之增加。不同巖性磨細火成巖對聚羧酸減水劑飽和摻量測試結果從小到大依次為：磨細安山巖、磨細流紋巖、磨細玄武巖和磨細凝灰?guī)r。

（4）磨細安山巖對外加劑適應性最好，磨細流紋巖次之，而磨細玄武巖對外加劑適應性較差，磨細凝灰?guī)r對外加劑適應性最差。