大理石粉对水泥物理力学性质影响试验研究

2020-07-04张金团李桂山莫锦平

江西建材 2020年6期

张帆，张金团，李桂山，胡琴，莫锦平

1.贺州市生态新城开发有限公司，广西贺州 542899；2.贺州学院建筑工程学院，广西贺州 542899；3.广西贺州市旅游实业集团有限公司，广西贺州 542899

1 概述

大理石在世界各国都有分布，其品种繁多、用途广泛，在土耳其、意大利、伊朗、中国、西班牙、印度等国均为重要的矿产资源被开采利用［1］。其中，白色大理石强度较低，易于破碎呈粉体，由于其纯度和白度极高，被广泛应用于塑料、橡胶、牙膏和药品的填充材料。广西壮族自治区贺州市平桂管理区拥有我国华南地区最大的白色大理石矿床，白色大理石远景储量高达26 亿m3［2］，主要用于加工制作石材工艺品、重质碳酸钙、人造大理石、涂料和塑料母粒等。随着经济发展，水泥、砂石、矿物掺合料等成本不断高企，导致建筑成本节节攀升。如果将制造容易、颗粒细小的碳酸钙粉加入水泥中用于生产制作各种水泥基材料，既能改善水泥基材料性能，又能节约成本。因此，世界各国针对大理石粉在水泥基材料中的应用开展了广泛的研究，现有结果发现其可用于制作高性能混凝土［3］、混凝土空心砌块砖［4］、免烧砖［5］、铺路砖［6］等。但，其对水泥性能的影响规律研究成果不多，而在所有水泥基材料的应用中其对水泥性能的影响研究是不可避免的。

本研究采用三种颗粒级别（3000 目、600 目、400 目）的大理石粉，分别取代5%、10%、15%、20%、25%（按水泥质量计）的水泥，研究白色大理石粉对水泥物理及力学性能的影响规律，以期为材料工作者提供参考和借鉴。

2 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

本研究所用水泥为华润富川水泥厂生产的润丰（旋窑）PO 42.5 级水泥（C）。

本研究所用大理石粉为贺州永通粉体有限公司生产的3000目（M1）、600目（M2）和400目（M3）工业用纯大理石粉。

试验所用标准砂选用厦门艾思欧标准砂有限公司产中国ISO 标准砂。

各级大理石粉与水泥互掺而成大理石粉水泥，分别称为3000目水泥（MC1）、600目水泥（MC2）和400目水泥（MC3）。

2.2 试验方法

样品制备：制样和新拌样品测试温度控制在20±2℃，空气湿度高于50%；样品养护在标养箱中进行，控制温度为20±1℃，相对湿度高于90%，养护1d 后拆模继续置于标养箱中养护至规定龄期。

水泥的凝结时间和用水量的试验操作，按照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验规范》（GB/T 1346-2011）的规定进行。

水泥的胶砂流动度试验测试，按照《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419-2015）的规定进行。水泥的强度试验操作，按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）的规定进行。

3 实验结果及分析

3.1 水泥的标准稠度用水量

水泥的标准稠度用水量试验结果整理如表1。

表1 水泥的标准稠度用水量 %

从表1 试验结果可以发现，MCI、MC2 和MC3 样品的标准稠度用水量均表现出规律性变化，即掺量越大用水量越小，各类大理石粉对水泥均表现出了减水作用。MC3 样品的标准稠度用水量减小趋势最大，因此大理石粉颗粒越细小其减水效果越明显。

3.2 水泥的初终凝时间

各水泥样品的初终凝时间试验结果整理如表2。

表2 水泥的初终凝时间 min

从表2 中可以看出，随着大理石粉掺量的增加，各样品的初终凝时间均表现出缩短的趋势，并且均符合规范要求。其中MC1 样品在大理石粉掺量为25%时初凝时间与终凝时间分别缩短了50min 和32min，MC2 样品在大理石粉掺量为25%时初凝时间与终凝时间分别缩短了17min 和24min，MC3 样品在大理石粉掺量为25%时初凝时间与终凝时间分别缩短了16min和17min。

表中数据的对比可以发现，大理石粉掺量、初终凝时间、水粉比等的变化均具有一定的规律性。其中影响最明显的因素为水粉比（W/P），水粉比随掺量的增加而用水量不断减少，从而表现出不断减小的趋势。这是因为，大理石粉水泥中实际用水量的减少导致自由水量不断减少，而水泥用量不断减少，其与水的有效接触面增大，产生更多的硅酸钙凝胶水化产物，从而加快了水泥的凝结硬化。

3.3 水泥的胶砂强度

各水泥样品的水泥胶砂强度试验结果整理如表3。

表3 水泥胶砂强度 MPa

从表3 试验结果可以发现，大理石粉对水泥强度的影响比较明显，粉体内掺对水泥早期强度的发展比较有利，而后期强度增长较慢。大理石粉影响水泥强度的主要因素为活性胶凝物质的绝对数量（即粉体的掺量）、水灰比、内掺粉体的化学成分和粉体的细度，基于大理石粉等量取代水泥而使样品中水泥的含量相对减小，大理石粉其活性很低在体系中不应作为胶凝材料而只能作为矿物掺合料，体系中的胶凝材料只有水泥，从而导致实际水灰比增大，水灰比的增大和胶凝材料用量的减少使试样的强度不断降低。