大理石廢粉 - 花崗巖廢料復(fù)合多孔混凝土性能試驗(yàn)研究

基金項(xiàng)目：

2021年度廣西高校中青年教師基礎(chǔ)能力提升項(xiàng)目“濕熱地區(qū)高性能鋼橋面鋪裝材料抗車轍性能的試驗(yàn)研究”（編號(hào)：2021KY1138）；“低碳視角下基于BIM技術(shù)光伏建筑節(jié)能設(shè)計(jì)研究”（編號(hào)：2021KY1122）；“火災(zāi)后再生混凝土砌塊的力學(xué)性能和安全評(píng)估研究”（編號(hào)：2021KY1123）

作者簡(jiǎn)介：

王富強(qiáng)（1971—），碩士，副教授，工程師，主要從事建筑材料研究工作。

摘要：為了將花崗巖廢料和大理石廢粉大量應(yīng)用于混凝土中，文章結(jié)合已有研究結(jié)果，在多孔混凝土中摻入花崗巖廢料作為再生粗骨料，摻入大理石廢粉取代部分水泥，旨在實(shí)現(xiàn)自然資源的有效利用，降低混凝土的生產(chǎn)成本，對(duì)多孔混凝土組成材料進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新以指導(dǎo)工程實(shí)踐。結(jié)果表明：摻入大理石廢粉（4%、8%）和花崗巖廢料（20%、40%）后，多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度較未摻入提高了20.5%～29.7%；復(fù)摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%后，可使多孔混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高；復(fù)摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%后，可使多孔混凝土透水系數(shù)達(dá)到最高。

關(guān)鍵詞：花崗巖廢料；大理石廢粉；多孔混凝土；抗壓強(qiáng)度；透水系數(shù)

中圖分類號(hào)：U414.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 06 017 2

0 引言

隨著城市地區(qū)不斷增長(zhǎng)的人口和我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的跨越式發(fā)展，導(dǎo)致建筑空間擴(kuò)大，減少了大量綠色開(kāi)放區(qū)域的土地，破壞了原有的集水區(qū)，使其不能正常發(fā)揮作用。使用多孔混凝土可有效解決這一問(wèn)題，并促進(jìn)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的“綠色低碳發(fā)展”。水可穿過(guò)多孔混凝土的孔隙，排放路面上的水，減少?gòu)搅魉浚⒖蓪⑺疂B透到土壤中。多孔混凝土一般由水泥和粗骨料兩種主要材料組成，不使用細(xì)骨料，因此其孔隙率較普通混凝土大。

天然花崗巖和大理石石材工廠在加工石材的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的花崗巖廢料和大理石廢粉，未得到有效的二次綠色利用，浪費(fèi)掉大量自然資源。因此，近年來(lái)花崗巖廢料和大理石廢粉的回收與利用成為學(xué)者們研究的熱點(diǎn)。但隨著花崗巖廢料和大理石廢粉的摻入，混凝土漿體會(huì)產(chǎn)生一定的變化，再生混凝土的性能也會(huì)受到影響?？琢恋龋?］研究將微、細(xì)、粗花崗巖廢料分別以20%、30%、50%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為最佳取代率的再生混凝土路面磚的質(zhì)量損失率為1.5%，抗壓強(qiáng)度損失率為10.0%，較大程度上提高了花崗巖廢料的利用率，且滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和路用性能的基本要求。張金團(tuán)等［2］研究將3 000目、600目、400目三種大理石粉作為礦物摻合料，用內(nèi)摻法分別取代5%、10%、15%、20%、25%的水泥制備混凝土試件。結(jié)果表明大理石粉摻入量在10%以內(nèi)對(duì)混凝土的孔隙率影響不大；摻入量超過(guò)15%以后混凝土孔隙率和毛細(xì)孔量均大量增長(zhǎng)；混凝土的孔隙率與毛細(xì)管系數(shù)之間存在線性關(guān)系。

為了將花崗巖廢料和大理石廢粉大量應(yīng)用于混凝土中，本文結(jié)合已有研究結(jié)果，在多孔混凝土中摻入花崗巖廢料作為再生粗骨料，摻入大理石廢粉取代部分水泥，旨在實(shí)現(xiàn)自然資源的有效利用，降低混凝土的生產(chǎn)成本，對(duì)多孔混凝土組成材料進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新以指導(dǎo)工程實(shí)踐。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

大理石廢粉取自石材加工廠，按適當(dāng)比例取代部分水泥，可使混凝土的孔隙性降低。加工花崗巖石材產(chǎn)生的廢料可直接經(jīng)由破碎、篩分、級(jí)配得到再生粗骨料，顆粒粗，密度較大［3］。試驗(yàn)研究采用廣西某水泥廠生產(chǎn)的P·O425水泥，其各項(xiàng)指標(biāo)均滿足《硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥》（GB175-2007）相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。具體性能指標(biāo)如表1所示。

制作多孔混凝土試件時(shí)，大理石廢粉取代水泥，取代率分別為4%和8%；花崗巖廢料取代粗集料，取代率分別為20%和40%。砂率為0，水膠比為0.62。試驗(yàn)配合比見(jiàn)下頁(yè)表2。根據(jù)《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（T0513-2020）備制混凝土試件，不同取代率備制3個(gè)試件，共15個(gè)試件。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

試驗(yàn)研究大理石廢粉取代水泥和花崗巖廢料取代天然粗集料對(duì)多孔混凝土性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

2.1 抗壓強(qiáng)度

不同齡期多孔混凝土抗壓強(qiáng)度變化見(jiàn)圖1。觀察圖1可知，多孔混凝土抗壓強(qiáng)度隨齡期的增長(zhǎng)逐漸增大。7 d、14 d和28 d齡期試件中，抗壓強(qiáng)度最高均為復(fù)摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%的多孔混凝土，抗壓強(qiáng)度值分別是6.68 MPa、11.4 MPa和11.58 MPa；抗壓強(qiáng)度最低均為未摻入大理石廢粉和花崗巖廢料的普通多孔混凝土，抗壓強(qiáng)度值分別是5.15 MPa、9.23 MPa和9.61 MPa。圖1中出現(xiàn)的最高點(diǎn)為11.58 MPa，可知復(fù)摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值。

多孔混凝土抗壓強(qiáng)度相對(duì)百分率隨齡期變化關(guān)系見(jiàn)圖2。以大理石廢粉和花崗巖廢料摻量為0的普通多孔混凝土抗壓強(qiáng)度為基準(zhǔn)線，觀察圖2可知，大理石廢粉和花崗巖廢料摻量的變化，對(duì)多孔混凝土早期抗壓強(qiáng)度與后期抗壓強(qiáng)度有著不同的影響。按一定比例摻入大理石廢粉和花崗巖廢料，多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度較未摻入提高了20.5%～29.7%。試驗(yàn)表明，添加大理石廢粉和花崗巖廢料提高了多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度。

大理石廢粉摻量同為4%，花崗巖廢料摻量40%較20%的抗壓強(qiáng)度提高了13.32%～25.09%，出現(xiàn)的最高點(diǎn)為28 d齡期40%的抗壓強(qiáng)度11.58 MPa；大理石廢粉摻量同為8%，花崗巖廢料摻量40%較20%的抗壓強(qiáng)度提高了9.02%～12.80%，出現(xiàn)的最高點(diǎn)為28 d齡期花崗巖廢料摻量40%的抗壓強(qiáng)度10.76 MPa。由此可知，試件的抗壓強(qiáng)度隨著花崗巖廢料摻量的增加而提高。

花崗巖廢料摻量同為20%，大理石廢粉摻量8%較4%的抗壓強(qiáng)度提高了4.37%～15.54%，出現(xiàn)的最高點(diǎn)為28 d齡期大理石廢粉摻量8%的抗壓強(qiáng)度10.76 MPa；花崗巖廢料摻量同為40%，大理石廢粉摻量8%較4%的抗壓強(qiáng)度降低了14.04%～18.11%，出現(xiàn)的最高點(diǎn)為28 d齡期大理石廢粉摻量4%的抗壓強(qiáng)度11.58 MPa。由此可知，試件的抗壓強(qiáng)度隨著大理石廢粉摻量的增加改善效果不顯著。

花崗巖廢料顆粒具有結(jié)構(gòu)致密、質(zhì)地堅(jiān)硬、硬度高等優(yōu)異性能，因此花崗巖廢料摻量增加可顯著提升試件的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)花崗巖廢料摻量增加時(shí)，繼續(xù)增加大理石廢粉摻量，會(huì)降低試件的抗壓強(qiáng)度。為保證多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度，大理石廢粉的摻入量不宜過(guò)大。建議工程應(yīng)用中復(fù)摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%，可使多孔混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高。

2.2 透水系數(shù)

通過(guò)透水儀測(cè)定與計(jì)算［4］，透水系數(shù)隨大理石廢粉和花崗巖廢料摻量的變化曲線如后頁(yè)圖3所示。觀察圖3可知，出現(xiàn)的最高點(diǎn)為19 mm/s，可知復(fù)摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%時(shí)，透水系數(shù)達(dá)到最大值。大理石廢粉摻量為4%，透水系數(shù)較普通多孔混凝土低；大理石廢粉摻量為8%，透水系數(shù)較普通多孔混凝土高?；◢弾r廢料摻量為20%和40%，透水系數(shù)較普通多孔混凝土無(wú)顯著改變。

大理石廢粉摻量同為4%，花崗巖廢料摻量40%較20%的透水系數(shù)提高了9.1%；大理石廢粉摻量同為8%，花崗巖廢料摻量40%較20%的透水系數(shù)降低了17.4%。由此可知，試件的透水系數(shù)隨著花崗巖廢料摻量的增加改善效果不顯著。

花崗巖廢料摻量同為20%，大理石廢粉摻量8%較4%的透水系數(shù)提高了57.02%；花崗巖廢料摻量同為40%，大理石廢粉摻量8%較4%的透水系數(shù)提高了18.93%。由此可知，試件的透水系數(shù)隨著大理石廢粉摻量的增加而提高。

大理石廢粉摻量增加可顯著提升試件的透水系數(shù)。這主要是因?yàn)榇罄硎瘡U粉顆粒細(xì)小，在水中極易聚集成團(tuán)，顆粒越細(xì)小其團(tuán)聚能力越強(qiáng)。團(tuán)聚后的顆粒間存在大量空隙，同時(shí)團(tuán)聚后的團(tuán)聚體粒徑大于水泥而失去微細(xì)顆粒在水泥間的填充作用，從而使體系內(nèi)部的孔隙增多，摻量越大則團(tuán)聚體越多，孔隙率越大，透水系數(shù)提高。當(dāng)大理石廢粉摻量增加時(shí)，繼續(xù)增加花崗巖廢料摻量，會(huì)降低試件的透水系數(shù)。為保證多孔混凝土的透水性，花崗巖廢料的摻入量不宜過(guò)大［5］。建議工程應(yīng)用中復(fù)摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%，可使多孔混凝土透水系數(shù)達(dá)到最高。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）摻入大理石廢粉4%、8%和花崗巖廢料20%、40%，多孔混凝土的抗壓強(qiáng)度較未摻入提高了20.5%～29.7%。試驗(yàn)表明，添加大理石廢粉和花崗巖廢料提高了多孔混凝土的強(qiáng)度。

（2）花崗巖廢料摻量增加可顯著提升試件的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)花崗巖廢料摻量增加時(shí)，繼續(xù)增加大理石廢粉摻量，會(huì)降低試件的抗壓強(qiáng)度。建議工程應(yīng)用中復(fù)摻大理石廢粉4%和花崗巖廢料40%，可使多孔混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高。

（3）試件的透水系數(shù)隨著大理石廢粉摻量的增加而提高。試件的透水系數(shù)隨著花崗巖廢料摻量的增加改善效果不顯著。為保證多孔混凝土的透水性，花崗巖廢料的摻入量不宜過(guò)大。建議工程應(yīng)用中復(fù)摻大理石廢粉8%和花崗巖廢料20%，可使多孔混凝土透水系數(shù)達(dá)到最高。

參考文獻(xiàn)

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［3］王富強(qiáng)，陽(yáng)利君，莫品疆.提高花崗巖瀝青混合料水穩(wěn)定性試驗(yàn)研究［J］. 公路，2020（11）：328-330.

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［5］衛(wèi)晉生.大理石粉對(duì)混凝土力學(xué)及耐久性能影響研究［J］.廣東建材，2023，39（12）：17-19.