不同岩性岩石粉对外加剂的吸附性能研究

2018-04-24王晓伟夏京亮周永祥任爱兵

建材世界 2018年2期

陈平，王晓伟，夏京亮，周永祥，任爱兵

(1.中国路桥工程有限责任公司，北京 100011；2. 中国建筑科学研究院，北京 100013；3.中国京冶工程技术有限公司，北京 100088)

当前，我国正在积极推进“一带一路”发展战略，肯尼亚是“一带一路”战略东非布局的首站，蒙内铁路已建成通车，作为延长线的内马铁路正在建设。内马铁路是继蒙内铁路之后继续完全采用中国标准设计施工、中国技术集成、中国管理经验、中国机电设备建造的又一条国际干线铁路，项目建设将进一步夯实中国铁路标准在东非乃至整个非洲推广应用的基础。

肯尼亚大部分地区常年干旱，河流较少且水流量不大，河砂匮乏，且存在含泥量和泥块含量过大、轻物质含量和有机物含量过多等质量问题，同时肯尼亚非常注重环境保护，其多个郡都有限制或禁止开采河砂的法律，而且内马铁路工程沿线缺少可以开采利用的河砂，采用机制砂是必然的选择。在机制砂应用过程中石粉是其关键问题，机制砂中通常含有石粉，其性质和在混凝土中的作用，不能等同于天然砂中的泥含量[1,2]，目前已经有关于石粉不同含量对于混凝土性能影响的研究[3-5]，但是石粉本身，尤其是不同岩性石粉对于外加剂的吸附性能方面的研究成果还较少，该文采用不同岩性的石粉，研究了石粉对于外加剂的吸附性能，以期推动机制砂在内马铁路中的应用。

1 试验材料与方法

1.1 试验原材料

试验混凝土主要使用如下原材料进行配制：

1)水泥：采用肯尼亚拉法基集团控股Bamburi水泥厂生产的CEM Ι 52.5水泥，生产执行的标准为EN 197-1，初凝155 min，终凝255 min，3 d和28 d抗压强度分别为27.2 MPa、58.6 MPa，比表面积320 m2/kg。

2)外加剂：聚羧酸减水剂(含固量为20%)、萘系减水剂和脂肪族减水剂。

3)岩石粉，包括片麻岩石粉(PMY)、花岗岩石粉(HGY)、玄武岩石粉(XWY)和石灰石粉(SHS)，基本技术指标见表1。

表1 不同岩石粉的基本技术指标

1.2 试验方法

采用不同岩石粉在低水胶比、掺减水剂下的流动度比，评价不同岩石粉的吸附性能，选取3种具有代表性的粉剂减水剂(聚羧酸减水剂、萘系减水剂和脂肪族减水剂)，采用表2的试验配比和实验方法进行试验(聚羧酸减水剂组的加水量为157.5 mL)，试验最初将水胶比定为0.35，除聚羧酸减水剂能达到规定的要求外，萘系减水剂和脂肪族减水剂作用在水泥胶砂中，减水剂掺量从0.5%增加到4%，水泥胶砂都处于干燥状态，达不到我们要求的流动性能，故将后两种减水剂作用胶砂的水胶比增加至0.4。

表2 试验配比和方法

注：(1)减水剂采用3种不同类型的减水剂。(2)通过减水剂调整基准胶砂的流动度为(180±5)mm，确定基准胶砂的减水剂用量。(3)受检胶砂的减水剂用量同基准胶砂。(4)如果减水剂为水剂，则加水量应扣除外加剂中的该部分水。

2 结果与分析

2.1 水泥胶砂流动度比情况

不同天然岩石粉在低水胶比下对不同外加剂的吸附性能可以用流动度比来表示，其结果见表3。从表3可以看出：同一种岩石粉在不同减水剂的作用下，其水泥胶砂流动度比不同，外加剂为聚羧酸减水剂时，花岗岩石粉-水泥胶砂的流动度很低，为79%，片麻岩石粉-水泥胶砂的流动度比为87%，基本接近90%，玄武岩石粉-水泥胶砂的流动度比最好，为110%；在相同水胶比、不同减水剂(萘系减水剂和脂肪族减水剂)作用下四种岩石粉-水泥胶砂的流动度比规律一致：片麻岩石粉-水泥胶砂的流动度比最差，花岗岩石粉-水泥胶砂的流动度比次之，玄武岩石粉-水凝胶砂的流动度比最好。但是对比萘系减水剂组和脂肪族减水剂组，可发现片麻岩石粉-水泥胶砂组的流动度比为萘系减水剂组比脂肪族减水剂组高，而玄武岩石粉-水泥胶砂组和花岗岩石粉-水泥胶砂组则刚好相反，为脂肪族减水剂组高于萘系减水剂组。可见不同岩石粉对不同减水剂的适应性不同。

表3 天然岩石粉的流动度比

2.2 水泥胶砂强度情况

聚羧酸减水剂对岩石粉-水泥胶砂抗压、抗折强度的影响见图1、图2。由图1可知，各岩石粉-水泥胶砂7 d和28 d抗压强度变化一致，片麻岩石粉-水泥胶砂和花岗岩石粉-水泥胶砂的7 d抗压强度比基准组的抗压强度高，片麻岩石粉-水泥胶砂的28 d抗压强度和基准组相当，花岗岩石粉-水泥胶砂组比基准组高，而玄武岩石粉-水泥胶砂组和石灰石粉-水泥胶砂组的抗压强度比基准组低；由表3可以看出，玄武岩石粉-水泥胶砂组和石灰石粉-水泥胶砂的流动度比比片麻岩石粉-水泥胶砂组和花岗岩石粉-水泥胶砂组高很多，相同用水量和相同外加剂掺量情况下，流动度比越大，说明体系自由水含量越高，相当于增加了实际用水量，所以抗压强度降低。图2为各岩石粉-水泥胶砂抗折强度发展规律，除了片麻岩石粉-水泥胶砂组外，其他岩石粉-水泥胶砂组拥有和抗压强度相同的强度发展规律，片麻岩石粉-水泥胶砂组7 d的抗折强度比基准组低近1 MPa。

不同岩石粉-水泥胶砂在萘系减水剂和脂肪族减水剂作用下28 d抗压强度和抗折强度发展规律见图3、图4。由图3可知，萘系减水剂和脂肪族减水剂对不同岩石粉-水泥胶砂强度发展影响规律一致，28 d抗压强度：玄武岩石粉-水泥胶砂组最大，片麻岩石粉-水泥胶砂组最小；相同条件下，片麻岩石粉-水泥胶砂和玄武岩石粉-水泥胶砂的抗压强度为脂肪族减水剂作用下比萘系减水剂作用下高，另外两种岩石粉-水泥胶砂刚好相反。28 d抗折强度的规律为：花岗岩石粉-水泥胶砂组最小，石灰石石粉-水泥胶砂组最大；相同条件下，萘系减水剂作用下各组岩石粉水泥胶砂的抗折强度高于掺脂肪族减水剂的岩石粉-水泥胶砂。