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摘 要：本文对不同巖性石粉（石灰石粉、灰矿粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉）与外加剂的相容性进行了研究。试验结果表明：不同岩性石粉都能被PCE很好的分散，且不同岩性石粉浆体被分散到相同扩展度的PCE掺量不一样。不同岩性石粉掺入水泥中并不会增加水泥浆的PCE掺量，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉后的水泥浆的外加剂掺量反而减少了。
关键词：岩性石粉；PEC；相容性
为了降低大体积混凝土开裂风险，很多桥梁工程、水利水电等重大工程都采用掺入粉煤灰降低混凝土水化热。由于粉煤灰在有的地区相对匮乏，就不得不长途运送粉煤灰。
同时，这些粉煤灰资源较匮乏的地区一些粉煤灰厂家还以次充好，导致掺入粉煤灰的混凝土损失快、外加剂掺量增大以及会对硬化混凝土耐久性产生有害影响。然而，在这些工程施工过程中产生的大量石粉却不能得到有效利用，还需要找地方堆放，不仅占用大量土地资源，造成资源浪费，而且对环境也不利。因此，开发利用石粉做混凝土掺合料，既可以解决远距离运输掺合料的问题，还能有效利用资源，并减少对环境的污染与破坏。
另外一些研究表明[ 1-3 ]，石粉的加入能改善混凝土的和易性和提高硬化混凝土性能。大量学者对石粉掺合料混凝土进行了研究[ 4-9 ]，但对不同岩性石粉与PCE的相容性却鲜有研究。本文尝试对四种不同岩性石粉与PCE的相容性进行研究。
1 原材料及试驗方法
1.1 原材料
1）石灰石粉，灰矿粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉均由某大型水电工程项目提供，比表面积为600m2/Kg。
2）水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥厂生产。
3）外加剂：GK-3000高性能聚羧酸减水剂，固含30.5%，由石家庄长安育才建材有限公司生产。
4）试验用水：自来水。
1.2 试验方法
试验分两步进行，首先通过X射线衍射对四种不同岩性石粉进行了矿物分析。其次，为了研究不同岩性石粉与PCE的适应性，设计了两组试验，分别是纯石粉与PCE相容性试验和掺30%石粉的峨胜水泥与PCE相容性试验，配合比见表1。试验采用GB/T 8077-2012 《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。
2 结果与讨论
2.1 不同岩性石粉XRD衍射试验
石灰石粉不含有明显的杂质（如图1所示），只含有一些方解石。因此，它是一种不含粘土等矿物的纯净的样品。
通过图2的XRD图谱来看，灰矿样品含有石英，云母（白云母和伊利石），含长石的矿物质（钠长石）和一些粘土矿物质（绿泥石）。
因此，说明灰矿是一种以石英（二氧化硅）为主的混合物样品，并且同时少量含有其他几种粘土矿物（云母，长石，绿泥石）。
然而，这些粘土矿物属于一类被称为“不膨胀”粘土族对PCE减水剂影响很小。
花岗岩石粉样品含有的杂质比以上两种样品多，除以上两种石粉含有的矿物外，其还含有架状硅酸盐矿物（微斜长石），云母，钠长石和粘土矿物（绿泥石），如图3中X光衍射图谱所示。
因此，花岗岩石粉以石英（二氧化硅）为主，但是同时含有较多的云母（黑云母）和其他粘土成分，其他的矿物成分就少一些。这些被分析出粘土矿物成分对PCE减水剂的影响不大。
玄武岩样品杂质是最多的，他含有石英和大量的不同种类的粘土矿物，有架状硅酸盐（微斜长石），云母（黑云母），长石矿物（长石钠长石和），蒙脱石（蒙脱石）和绿泥石，正如图4的X光衍射图所示。不仅如此，一些非晶体结构的杂质相也呈现出来了。所有被分析出的这些粘土矿物中，只有蒙脱石是对PCE减水剂有影响的。
2.2 不同岩性石粉与PCE适应性试验
2.2.1方案1净浆试验结果
从试验方案一的结果表明四种不同岩性的石粉都能被PCE很好的分散。达到相同扩展度时，不同岩性石粉的PCE的掺量是不一样的，PCE掺量由低到高依次是：石灰石粉<灰矿粉<花岗岩石粉<玄武岩石粉。
2.2.2方案2净浆试验结果
在掺入30%石粉后水泥浆体都能被PCE很好的分散。试验结果表明，掺入30%灰矿粉和掺入30%石灰石粉后的PCE的吸附与不掺石粉的纯峨胜水泥浆体吸附相当。
很有意思的是，在达到相同扩展度时，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉的后水泥净浆PCE掺量反而减少了。这与图5即方案一的纯的花岗岩石粉和玄武岩石粉对PCE掺量更大的试验结果形成显著对比。
为了对这一现象进行解释，我们测试了不同岩性的石粉在0.5的水胶比下的zeta电位。试验结果显示，石灰石粉带有正电荷，而其他三种石粉都是带有负电的的，其中电负性由大到小依次时玄武岩石粉>花岗岩石粉>灰矿粉。
在纯石粉浆体中，石灰石粉是带有正电荷，能较快的吸附阴离子型PCE，故能被很好的分散；而玄武岩石粉带负电荷最大，对于阴离子型PCE具有排斥作用，所以很难分散。
在掺入30%石粉+峨胜水泥的体系中，带正电的石灰石粉因为吸附竞争力较强的硫酸根而显示负电荷，与阴离子型PCE形成排斥作用，PCE较难吸附在石灰石粉表面从而很难发挥分散作用；而带负电的玄武岩石粉吸附带正电的钙离子从而表面显正电荷，阴离子型PCE很容易被吸附到玄武岩石粉颗粒的表面，故能被很好的分散。
3 结论
1）不同岩性石粉都能被PCE很好的分散，且不同岩性石粉浆体被分散到相同扩展度需要的PCE量不一样。
2）不同岩性石粉掺入水泥中并不会增加水泥浆对PCE的吸附量，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉石粉后的水泥浆对PCE的吸附反而减少了。
3）表面带负电荷的石粉掺入水泥中能减少浆体对PCE的吸附。
参考文献：
[1] 李步新，陈峰.石灰石硅酸盐水泥力学性能研究[J].建筑材料学报，1998年6月第2期第一卷.
[2] 李俊毅.掺惰性材料水泥混凝土抗冻性试验研究[J].低温建筑技术，1999年第3期.
[3] P.Poitevin.Limestone aggregates concrete，usefulness and durability[J].Cement and Concrete Composites，1992，21（1）：89-97.
[4] G.Kakali，S.Tsivilis，E.Aggeli，M.Bati，Hydration products of C3A，C3S and Portland cement in the presence of CaCO3[J].Cement and Concrete Research，2000（30）：1073-1077.
[5] 雷昌聚.掺磨细石灰石粉混凝土的试验与应用[J].混凝土，1996（4）：21-25.
[6] 蔡胜华，杨华全，等.石粉含量对大坝碾压混凝土性能的影响[J].水力发电，2008，34（1）：32-34.
[7] 马烨红，吴笑梅，潘粤明.石灰石粉作掺和料对混凝土工作性能的影响[J].混凝土，2007（6）：56-59.
[8] S.Tsivilis，G.Batis，E.Chaniot akis，Gr.Grigoriadis，D.Theodossis.Properties and behavior of limestone cement concrete and mortar[J].Cement and Concrete Research，2000，30：1679-1683.
[9] 熊远柱.高掺量石灰石粉对混凝土耐久性的影响[D].武汉理工大学硕士论文，2010.
关键词：岩性石粉；PEC；相容性
为了降低大体积混凝土开裂风险，很多桥梁工程、水利水电等重大工程都采用掺入粉煤灰降低混凝土水化热。由于粉煤灰在有的地区相对匮乏，就不得不长途运送粉煤灰。
同时，这些粉煤灰资源较匮乏的地区一些粉煤灰厂家还以次充好，导致掺入粉煤灰的混凝土损失快、外加剂掺量增大以及会对硬化混凝土耐久性产生有害影响。然而，在这些工程施工过程中产生的大量石粉却不能得到有效利用，还需要找地方堆放，不仅占用大量土地资源，造成资源浪费，而且对环境也不利。因此，开发利用石粉做混凝土掺合料，既可以解决远距离运输掺合料的问题，还能有效利用资源，并减少对环境的污染与破坏。
另外一些研究表明[ 1-3 ]，石粉的加入能改善混凝土的和易性和提高硬化混凝土性能。大量学者对石粉掺合料混凝土进行了研究[ 4-9 ]，但对不同岩性石粉与PCE的相容性却鲜有研究。本文尝试对四种不同岩性石粉与PCE的相容性进行研究。
1 原材料及试驗方法
1.1 原材料
1）石灰石粉，灰矿粉、花岗岩石粉、玄武岩石粉均由某大型水电工程项目提供，比表面积为600m2/Kg。
2）水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥，由四川峨胜水泥厂生产。
3）外加剂：GK-3000高性能聚羧酸减水剂，固含30.5%，由石家庄长安育才建材有限公司生产。
4）试验用水：自来水。
1.2 试验方法
试验分两步进行，首先通过X射线衍射对四种不同岩性石粉进行了矿物分析。其次，为了研究不同岩性石粉与PCE的适应性，设计了两组试验，分别是纯石粉与PCE相容性试验和掺30%石粉的峨胜水泥与PCE相容性试验，配合比见表1。试验采用GB/T 8077-2012 《混凝土外加剂匀质性试验方法》进行。
2 结果与讨论
2.1 不同岩性石粉XRD衍射试验
石灰石粉不含有明显的杂质（如图1所示），只含有一些方解石。因此，它是一种不含粘土等矿物的纯净的样品。
通过图2的XRD图谱来看，灰矿样品含有石英，云母（白云母和伊利石），含长石的矿物质（钠长石）和一些粘土矿物质（绿泥石）。
因此，说明灰矿是一种以石英（二氧化硅）为主的混合物样品，并且同时少量含有其他几种粘土矿物（云母，长石，绿泥石）。
然而，这些粘土矿物属于一类被称为“不膨胀”粘土族对PCE减水剂影响很小。
花岗岩石粉样品含有的杂质比以上两种样品多，除以上两种石粉含有的矿物外，其还含有架状硅酸盐矿物（微斜长石），云母，钠长石和粘土矿物（绿泥石），如图3中X光衍射图谱所示。
因此，花岗岩石粉以石英（二氧化硅）为主，但是同时含有较多的云母（黑云母）和其他粘土成分，其他的矿物成分就少一些。这些被分析出粘土矿物成分对PCE减水剂的影响不大。
玄武岩样品杂质是最多的，他含有石英和大量的不同种类的粘土矿物，有架状硅酸盐（微斜长石），云母（黑云母），长石矿物（长石钠长石和），蒙脱石（蒙脱石）和绿泥石，正如图4的X光衍射图所示。不仅如此，一些非晶体结构的杂质相也呈现出来了。所有被分析出的这些粘土矿物中，只有蒙脱石是对PCE减水剂有影响的。
2.2 不同岩性石粉与PCE适应性试验
2.2.1方案1净浆试验结果
从试验方案一的结果表明四种不同岩性的石粉都能被PCE很好的分散。达到相同扩展度时，不同岩性石粉的PCE的掺量是不一样的，PCE掺量由低到高依次是：石灰石粉<灰矿粉<花岗岩石粉<玄武岩石粉。
2.2.2方案2净浆试验结果
在掺入30%石粉后水泥浆体都能被PCE很好的分散。试验结果表明，掺入30%灰矿粉和掺入30%石灰石粉后的PCE的吸附与不掺石粉的纯峨胜水泥浆体吸附相当。
很有意思的是，在达到相同扩展度时，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉的后水泥净浆PCE掺量反而减少了。这与图5即方案一的纯的花岗岩石粉和玄武岩石粉对PCE掺量更大的试验结果形成显著对比。
为了对这一现象进行解释，我们测试了不同岩性的石粉在0.5的水胶比下的zeta电位。试验结果显示，石灰石粉带有正电荷，而其他三种石粉都是带有负电的的，其中电负性由大到小依次时玄武岩石粉>花岗岩石粉>灰矿粉。
在纯石粉浆体中，石灰石粉是带有正电荷，能较快的吸附阴离子型PCE，故能被很好的分散；而玄武岩石粉带负电荷最大，对于阴离子型PCE具有排斥作用，所以很难分散。
在掺入30%石粉+峨胜水泥的体系中，带正电的石灰石粉因为吸附竞争力较强的硫酸根而显示负电荷，与阴离子型PCE形成排斥作用，PCE较难吸附在石灰石粉表面从而很难发挥分散作用；而带负电的玄武岩石粉吸附带正电的钙离子从而表面显正电荷，阴离子型PCE很容易被吸附到玄武岩石粉颗粒的表面，故能被很好的分散。
3 结论
1）不同岩性石粉都能被PCE很好的分散，且不同岩性石粉浆体被分散到相同扩展度需要的PCE量不一样。
2）不同岩性石粉掺入水泥中并不会增加水泥浆对PCE的吸附量，掺入30%花岗岩石粉和30%玄武岩石粉石粉后的水泥浆对PCE的吸附反而减少了。
3）表面带负电荷的石粉掺入水泥中能减少浆体对PCE的吸附。
参考文献：
[1] 李步新，陈峰.石灰石硅酸盐水泥力学性能研究[J].建筑材料学报，1998年6月第2期第一卷.
[2] 李俊毅.掺惰性材料水泥混凝土抗冻性试验研究[J].低温建筑技术，1999年第3期.
[3] P.Poitevin.Limestone aggregates concrete，usefulness and durability[J].Cement and Concrete Composites，1992，21（1）：89-97.
[4] G.Kakali，S.Tsivilis，E.Aggeli，M.Bati，Hydration products of C3A，C3S and Portland cement in the presence of CaCO3[J].Cement and Concrete Research，2000（30）：1073-1077.
[5] 雷昌聚.掺磨细石灰石粉混凝土的试验与应用[J].混凝土，1996（4）：21-25.
[6] 蔡胜华，杨华全，等.石粉含量对大坝碾压混凝土性能的影响[J].水力发电，2008，34（1）：32-34.
[7] 马烨红，吴笑梅，潘粤明.石灰石粉作掺和料对混凝土工作性能的影响[J].混凝土，2007（6）：56-59.
[8] S.Tsivilis，G.Batis，E.Chaniot akis，Gr.Grigoriadis，D.Theodossis.Properties and behavior of limestone cement concrete and mortar[J].Cement and Concrete Research，2000，30：1679-1683.
[9] 熊远柱.高掺量石灰石粉对混凝土耐久性的影响[D].武汉理工大学硕士论文，2010.