花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响.pdf

第 2期 2 0 1 6年 4月 水利水运 工程学报 AND ENGD 砸 眦 No 2 A p r 2 0 1 6 D O I ： 1 0 1 6 1 9 8 j c n k i 1 0 0 9 6 4 0 X 2 0 1 6 0 2 0 0 6 赵井辉， 刘福胜， 韦梅，等 花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响 J 水利水运工程学报，2 0 1 6 ( 2 ) ：3 9 4 5 ( Z H A O J i n g h u i ， L I U F u s h e n g ， WE I Me i ， e t a 1 E f f e c t s o f g r a n i t e p o w d e r fi n e n e s s a n d a d d i t i o n o n c o n c r e t e mi c r o s c o p i c p o r e s J H y d r o S c i e n c e a n d E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 6 ( 2 ) ： 3 9 4 5 ) 花 岗岩石 粉细度及掺量对混凝 土微观孔 隙的影 响 赵井辉 ，刘福胜 ，韦 梅 ，程 明 ( 山东农业大学 水利土木工程学院，山东 泰安2 7 1 0 1 8 ) 摘 要 ： 在掺合料混凝土技术快速发展和建筑节能要求不断提高背景下， 通过压汞法试验， 研究分析花岗岩石粉 的细度及掺量对混凝土微观孔隙结构的影响规律 ， 从微观层面论证花岗岩石粉作为混凝土掺合料的可行性， 并 在微观层面进行混凝土宏观抗渗抗冻试验的联系分析。研究表明： 花岗岩石粉越细， 对混凝土d , T L 径孑 L 隙的填 充作用越好， 对大孔径孔隙填充作用不明显， 综合填充效果较差； 混凝土中掺入 0 1 5 0 m花岗岩石粉 ， 当掺量 为 1 0 和 2 0 时， 对混凝土孑 L 隙结构参数及孔级分配起到优化作用； 0 1 5 0 m花岗岩石粉掺量控制在 3 0 以 内时有利于提高混凝土抗渗性能； 0 1 5 0 m花岗岩石粉掺量控制在 2 0 以内时可保证掺合料混凝土抗冻等级 与不掺石粉的混凝土抗冻等级相同， 当花岗岩石粉掺量增大至 3 0 时， 掺合料混凝土抗冻等级有所降低。 关 键 词 ： 花岗岩石粉； 细度； 掺量； 混凝土； 微观孔隙； 抗渗性能； 抗冻性能 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 9 6 4 0 X( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 3 9 0 7 花岗岩石粉是石材加工过程 中产生的废弃材料 ， 我国每年 因加工花 岗岩产生大量石粉 ， 这些石粉 占用土 地资源 ， 破坏耕地和土壤结构 ， 如何有效利用花岗岩石粉成为亟待解决的问题 。 随着掺合料混凝土技术的快速发展 ， 掺合料种类也不断增加。目前 国内很多学者为了解决花岗岩石粉 资源浪费和污染问题 ， 对花岗岩石粉取代水泥做掺合料 的可行性进行 了研究 。但是 目前花 岗岩石粉取代 水泥量普遍偏低 ， 一般在 5 1 5 2 - 3 。因此 ， 如何在保证混凝土相关性能满足设计要求的前提下 ， 有效提 高花 岗岩石粉综合利用率 ， 减少混凝土水泥用量 ， 成为花岗岩石粉混凝土研究必须解决的关键问题。混凝土 是应用最广泛 的建筑材料 ， 全球每年混凝土用量可达 1 0 “t ， 以花岗岩石粉为掺合料的混凝土技术在建筑 工程领域 的推广应用 ， 具有显著的经济、 环境和社会效益 。 1 试验概 况 1 1试 验 目的 国内外对 以花岗岩石粉为掺合料 的研究较多 ， 但从掺合料细度与掺量角度综合人手 ， 从微观层面上分析 掺合料细度及掺量对混凝土材料孔隙结构参数影响的研究甚少。试验以花 岗岩石粉为掺合料 ， 以水工混凝 土为研究对象 ， 通过压汞试验数据分析花岗岩石粉细度及掺量对混凝 - k T L 隙结构参数及孑 L 级分配的影 响规 律 ， 从微观层面揭示掺合料对混凝土的微集料填充效应 ， 为混凝土材料微观特征与宏观性能的联系性研究与 分析提供重要理论依据。 1 2 试 验材 料 试验所用花 岗岩石粉来源于泰安本地花岗岩 生产中产生 的石粉 ， 石粉粒 径与水 泥粒径 经激光粒度仪 收稿 日期 ： 2 0 1 5 0 5 1 6 基金项目： 山东省省级水利科研与技术推广项 目( S D S L K Y 2 0 1 4 0 1 ) 作者简介： 赵井辉( 1 9 8 8 一) ， 男， 山东泰安人 ， 硕士， 主要从事水利水电工程设计理论与管理运行研究。 E ma i l ： z h a o j i n g h u i 1 1 2 6 e o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 6 年 4月 Ma s t e r s i z e r 2 0 0 0检测 ， 水泥平均粒径为 5 8 2 4 tx m， 花 岗岩石粉平均粒径为 1 9 3 7 5 m， 由于水泥颗粒细度范 围为 0 1 0 0 Ix m， 为研究花岗岩石粉细度对混凝土孔隙结构的影响规律 ， 花 岗岩石粉细度为 0 8 0 m和 0 1 5 0 m， 花岗岩石粉需水量比为 1 1 9 ， 花 岗岩石粉主要化学成分见表 1 。水泥为中联牌 P 0 4 2 5级水泥 ， 4 5 Iz m方孑 L 筛余量为 7 5 5 ； 水为泰安市本地 自来水 ； 砂选用泰安市生产 的天然河砂 ， 细度模数 2 6 7 ， 含泥量 1 9 ， 泥块 含量 0 4 2 ， 属 于 级 中砂 ； 石子为粒径 5 2 5 h i m的连续级配碎石 ； 减水剂为 萘系高效减水剂。二=一 1 3 配合 比设计 表 1 花 岗岩石粉 的主要化学成分 Ma i n c h e mi c a l c o mp o n e n t s o f g r a n i t e p o wd e r 本试验配合比设计 以花 岗岩石粉细度和掺量为变量 ， 石粉细度为 0 8 0 m 和 0 1 5 0 Ix m， 掺量为 1 0 ， 2 0 和 3 0 ， 按相应的掺量等质量取代基准组混凝 土的水泥用量 ， 试验基准组 J 0混凝土的水灰 比为 0 4 6 ， 掺 入花 岗岩石粉后的混凝土试验组用水量与基 准组 J 0保持一致 ， 减水剂用量以基 准组和试验组混凝土塌落 度 、 黏聚性和保水性基本达到相似为原则 ， 以减少因混凝土工作性能不同而对试件孑 L 隙率研究造成 的影响， 通过试验调整 ， 使基准组与试验组坍落度基本保持在( 2 5 + 2 ) m m， 黏聚性 、 保水性 良好 ， 具体配合 比设计见表 2 。试件制作过程中， 将拌合物一次性装入模具 ， 装料时用抹刀沿试模内壁略加插捣 ， 并使拌合物略高于试模 上 口， 将试件置于振动台 ， 振动持续时间为 2 0 2 5 S ， 使混凝土表面出浆为止。 表 2 试验 配合比 T a b 2 E x p e r i m e n t a l n fi x t u r e p r o p o r t i o n s ( k g- m ) 编号 水泥 花岗岩石粉 减水剂 编号 水泥 花 岗岩石粉 减水剂 J O 3 9 4 0 0 3 8 G1 2 3 5 4 6 3 9 4 3 4 G1 1 3 5 4 6 3 9 4 3 2 G2 -2 3 1 5 2 7 8 8 3 1 G2 1 3 1 5 2 7 8 8 2 7 G3 2 2 7 5 8 1 l 8 2 2 3 G3 1 2 7 5 8 1 1 8 2 2 0 注 ： J 0为基准组混凝土编号 ； G a b ： G为花岗岩石粉试验组 编号 ， 字母 。代表花 岗岩石粉 掺量为 ( 1 O x a ) 1 0 0 ， b代表花 岗岩石粉 细度 ； “ 1 ” 代 表 0 8 0 m， “ 2 ” 代表 O 1 5 0 m。例 ： G 2 1代表花岗岩石粉 掺量 为 2 0 ， 细度为 0 8 0 Ix m。水 ， 砂和石子 的掺量分 别为 1 8 1 2 ， 7 8 8 4和 1 0 4 9 6 k g m 。 1 4 试 验方 法及 基本 原理 试验所用方法为压汞法( MI P ) ， 所用仪器为美 国康塔公 司的 P M一 3 3 1 8型压汞测试仪。试验样 品制备 过程为 ： 取出标准养护 2 8 d的混凝土试件 ， 劈裂破型 ， 从试件核心位置取样 ， 尺寸为 5 m mX 5 m inx 5 lq l m， 用洗 耳球吹净样品表面灰尘 ， 在真空烘箱 中保持 6 0烘 1 h ， 将烘好 的样品降温后放人样品管 ， 准备压汞试验。 压汞法测量的基本原理是经典的瓦什伯恩( w a s h b u r n ) 方程 J ， 汞对大多数固体材料具有非润湿性 ， 需外 加压力才能进入固体孔 中， 对于圆柱型孔模型， 汞能进入的孔大小与压力符合 Wa s h b u r n方程 ， 控制不 同的压 力 ， 即可测出压人孔中汞的体积 ， 由此得到对应于不同压力的孔径大小 的累积分布曲线或微分曲线。 2 数据分析 2 1 孔隙结构特征参数分析 通过对试件样 品的压汞测试 ， 得到基准组混凝土与试验组混凝土孔隙结构特征参数( 表 3 ) 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 赵井辉， 等 ： 花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响 41 由表 3可以看 出花 岗岩石粉细度及掺量对混凝土孔隙结构特征参数 的影响规律如下 ： ( 1 ) 当细度为 0 8 0 m的花岗岩石粉按不同掺量掺入混凝土取代水泥后 ， 试验组掺合料混凝土孔 隙率 随着花岗岩石粉掺量的增加而逐渐增加 ， 但掺量为 1 0 时， 试验组混凝土 G 1 一 l 孔隙率较基准组降低 4 4 ， 在一定程度上有利于降低混凝土孔隙率 ， 降低 幅度不大。当花 岗岩石粉掺量为 2 0 和 3 0 时， 试验组掺合 料混凝土的孔隙率较基准组混凝土孔隙率明显增大。 ( 2 ) 当细度为 0 1 5 0 m的花岗岩石粉按不同掺量掺入混凝土取代水泥后 ， 在 3种掺量情况下 ， 当掺量 为 2 0 时， 试验组掺合料混凝土 G 2 - 2孑 L 隙率达到最小值 ， 较基准组混凝土孔隙率降低 1 0 0 ， 该掺量条件 下 ， 与同掺量不 同细度的 G 2 - 1 试验组相比较 ， 细度为 0 1 5 0 m的花岗岩石粉对混凝土孔隙率的降低作用 优于细度为 0 8 0 m的花岗岩石粉 。 ( 3 ) 参照吴 中伟对混凝土中的孔级划分 来分析花岗岩石粉对混凝土孑 L 隙结构的影响规律 。其 中孔径 小于 2 0 n m的孔为无害孔 ； 孔径为 2 0 5 0 F I IX 1 的为少害孔 ； 孔径为 5 O 2 0 0 n m的为有害孔 ； 孔径大于 2 0 0 n m 则为多害孔 J 。从表 3可以看出 ， 混凝 土的平均孔径整体都在少害孔级范围内。混凝 土中按不同掺量及细 度掺人花岗岩石粉后 ， 只有掺入细度为 0 1 5 0 p m、 掺量为 1 0 和 2 0 的混凝土 G1 _ 2 、 G 2 2的比表面积大 于基准组 J 0 ， 比表面积越大 ， 混凝土平均孔径越小 ， 但从孔级理论角度分析 ， 花 岗岩石粉 细度及掺量并没有 改变混凝土材料平均孔径 的孔级。 ( 4 ) 从花岗岩石粉的利用率 、 混凝土材料总孑 L 隙率 及平均孔径的角度分析 ， 混凝土中掺入的花岗岩石粉细 度为 0 1 5 0 m、 掺量为 2 0 时 ， 效果最佳。 造成以上试验结果的分析如下 ： 以基准组混凝土 J 0和掺量为 1 0 时的试验组 G卜 l ， G 1 2为例分析 ， 虽然细度不同的花 岗岩石 粉都在不 同程度上降低了混凝土孔隙率 ， 但细度不 同， 花岗岩石 粉的填充效应 也就不 同。图 1为基准组 J 0与试 验组 G 卜 1 ， G1 - 2的注汞积分 曲线 ， 由于压汞试验过程是 由 低压到高压逐渐加压， 汞进入孔隙的顺序是随着压力 的 增大 ， 逐渐 由大孔向小孔注入 ， 为了分析方便 ， 故图像横 图 1 不同细度条件下的注汞积分曲线 F i g 1 I n t e g r a l c u r v e s o f me r c u r y wi t h d i f f e r e n t f i n e n e s s 坐标值 由左 向右逐渐减小 ， 且采用孔径的对数形式对横坐标进行标注。 从 图 1 可见 ， 在整个注汞过程中， G1 一 l的曲线在孔径大于 8 0 n m时 ， 注汞积分曲线在 J 0曲线的上方 ； 当 孔径小于 8 0 n m时， G1 1曲线在 J 0曲线的下方 ， 可得 ： 混凝土 中掺入细度为 0 8 0 m的花岗岩石粉 ， 对减 少孑 L 径小于 8 0 n m的混凝土孔隙体积具有促进作用 ， 而对孔径较大的孔隙不但没有填充效应 ， 反而增加 了混 凝土中大孔径的孔隙体积。研究证实， 增加 1 3 2 n m以下的孔不会增加混凝土的渗透性 ， 即从孔径大小的角 度分析 ， 虽然该细度的花岗岩石粉降低 了混凝土孔 隙率 ， 但对提高混凝土抗渗性能起 到了抑制作用。曲线 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 4 2 水 利 水 运 工 程 学 报 2 0 1 6年 4月 G卜2在整个注汞过程 中均在曲线 J 0的下方 ， 说 明细度为 0 1 5 0 m的花 岗岩石粉按 1 0 的掺量掺人混凝 土后 ， 对混凝土 内部的孔隙填充作用较好 ， 可有效减少不同孔径的孔隙体积 ， 对混凝土材料的密实性 、 耐久性 等具有较好 的提高作用 。曲线 G 1 1和 G 卜2在孔径为 2 0 n m处 出现交叉点 ， 当压力值促使汞向小于 2 0 n m 的孔隙中注汞时 ， 由图 1 可以看出， 试验组 G 1 1的累积注汞量开始小于 G 卜 2 ， 说 明细度越小 的花 岗岩石 粉 ， 对小孔径孔 隙填充作用越好 ， 随着孔径 的减小 ， 导致 G 1 1的注汞积分 曲线斜率小于 c 卜2的注汞积分曲 线斜率， 这也是造成 G 1 1 的孔隙率低于 G 1 2的主要因素。从注汞积分曲线整体趋势分析， 花岗岩石粉细 度范围越大， 混凝土内部孔隙填充效果均匀性越好 ， 尤其是对多害孔隙和有害孔隙的减少起到促进作用 。 随着花岗岩石粉掺量的增加 ， 当石粉细度为 0 8 0 m时， 由于花岗岩石粉颗粒对孔隙填充作用 的局限 性 ， 导致孔径大于 8 0 n m的孔隙体积增加和积累， 以及胶凝材料的减少对混凝土密实性带来的负面效应 ， 在 这两种因素的影响下 ， 导致混凝土孔隙率随着花岗岩石粉掺量的增加而逐渐变大。当花岗岩石粉细度为 0 1 5 0 I x m， 掺量不超过 2 0 时， 石粉颗粒 的微集料填充效应 占据主导作用 ， 在 2 0 掺量条件下 ， 混凝土孔隙率 达到最小值。当花 岗岩石粉掺量增大到 3 0 时 ， 由于胶凝材料减少近 1 3 ， 混凝土 内部水化产物明显减少， 石粉颗粒的填充效果不足以弥补水化硅酸钙凝胶等胶凝产物减少带来的弊端 ， 故导致 昆 凝土孔隙率大幅度 增加 。花 岗岩石粉 中粒径小于 0 0 4 5 mm的硅质 、 钙质颗粒具有一定的反应活性 ， 能与水泥水化产物发生缓 慢 的反应 ， 生成具有一定强度的水化产物 ， 充填混凝土孔隙 ， 这是试验组混凝土 G 3 1 孔 隙率小于试验组 混凝土 G 3 2孔隙率的主要原因。 2 2 混凝土孔径分布与孔级比例分析 图 2为基准组与试验组的混凝土孔隙注汞积分 曲线 图。从 图 2可见 ， G1 - 2 ， G 2 - 2曲线发展趋势十分接近， 且 始终在积分曲线 J 0下方 ， 说 明细度为 0 1 5 0 Iz m的花 岗 岩石粉掺量为 1 0 和 2 0 时 ， 是试验组 中对混凝土孔 隙 填充效果最佳 的两组设计 ； 曲线 G 2 -1 ， G 3 1 发展趋势相 近 ， 且在孔径小于 2 0 0 n m时 ， 累积注汞量均开始高 于曲 线 J 0， 说 明随着水泥取代量的增大， 水泥水化产物减少对 孑 L 隙率 的影响 占据主导作用 ， 细度 为 0 8 0 m 的花岗岩 石粉对混凝土孔 隙填充效果 开始下 降， 与细度相 同掺量 不 同的试验组 G卜 1 呈现出相反的试验结果。 花岗岩石粉细度及掺量对混凝土孔径分布 的影响如 图 3所示 ， 图 3为孔径分布微分曲线图， 微分曲线与横轴包纳的面积表示总孔隙体积 ， 在一定 的孔径范围内， 曲线峰值越高说明该区间内孔隙总体积越大 。 O 08 0 0 7 。 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 o _ O 。 1 - 0 O 1 孔径 m ( a ) 细度为0 8 0 It m O08 00 7 。 0O 6 J 00 5 邑0 0 4 00 3 蛙0 0 2 001 0 - 0 ，01 孔径 m ( b ) 细度为0 1 5 0 p ,m 图 3 混凝土孔径分布微分 曲线 F i g 3 Di f f e r e n t i a l p o r e s i z e d i s t r i b u t i o n c u r v e s o f c o n c r e t e 吣 叭 0 O 0 0 O O 0 O O O 一 r I 县 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 赵井辉， 等 ： 花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响 4 3 从图 3 ( a ) 可以看出， 当石粉细度为 0 8 0 m， 掺量为 1 0 H ， G 1 1的微分 曲线整体上处于 J 0微分曲线 下方 ， 随着石粉掺量 的增加 ， 微分 曲线位置逐渐增高 ， 当掺量达到 3 0 时 ， G 3 1微分 曲线高于 J 0曲线 ； 由此 说明， 随着细度为 0 8 0 m的花岗岩石粉掺量的增加 ， 混凝土中各孔级的孑 L 隙体积均逐渐增加 ， 对混凝土密 实性的发展不利。由图 3 ( b ) 可以看出， 当石粉细度为 0 1 5 0 m时 ， 在 1 0 和 2 0 两种掺量条件下 ， 花岗岩 石粉对混凝土孔径分布影响规律相差不大 ， 这也是图 2中两者注汞积分曲线趋势相近的主要原因。 参照吴 中伟教授的孔级理论 ， 根据混凝土孔径分布积分 曲线图 2与微分 曲线 图 3 ， 试验对无害孔 、 少害 孔 、 有害孔和多害孔 4个孔级的各孔级注汞量与累积注汞量进行整理 ， 得到图4所示的各孑 L 级累积注汞量柱 状 图。从图 4可见 ， 两种不 同细度的花岗岩石粉掺量不高于 2 0 时 ， 累积注汞量均低于基准组混凝土， 但这 并不是衡量混凝土孔隙率的标准 ， 因为混凝土 内部孔隙的孔径大小影响到不同孔径的孔隙体积 ， 从而导致单 位质量样品的密度不 同， 最终导致等质量样品体积 的差别。所 以图 4的累积注汞量 只能反映在 同一配合 比 条件下 ， 花岗岩石粉对混凝土不 同孔级的孑 L 隙填充效果与孑 L 隙体积。 花岗岩石粉细度与掺量不仅影响着混凝土的总孔隙率大小 ， 它还在更微观层面上影响着混凝土的孔级 比例划分 ， 并呈现一定的规律性。图 5为不 同孔级的孔隙体积 占总孔体积的百分 比柱状图， 该图清楚地表示 出不同孑 L 级的比例关系， 它对于从微观角度解释混凝土宏观抗渗 、 抗冻性能具有重要意义。从图 5中可以看 出， 当花 岗岩石粉细度为 0 8 0 m， 掺量为 2 0 时， 在 同细度花岗岩石粉试验组 中， 混凝土孔 隙中的有害孔 和多害孔体积比例之和较基准组混凝土增加幅度最大 ， 掺量为 3 0 时 ， 有害孔和多害孔体积 比例之和略低 于基准组混凝土 ， 变幅不大 ， 结合表 3中 G 2 - 1 ， G 3 - 1 孔隙率均高于基准组混凝土， 所以该细度和掺量条件不 是最优设计。当花 岗岩石粉细度为 0 1 5 0 Ix m， 掺量不超过 2 0 时 ， 混凝土孔隙中的无害孔和少害孔体积 比 例之和较基准组明显增加 ， 对混凝土抗渗抗冻性能的提高具有重要意义 ， 结合表 3中混凝土 G 1 2 ， G 2 2的 孑 L 隙率 ， 最优细度为 0 1 5 0 Ix m， 最佳掺量为 2 0 。 o 0 8 5 0 0 7 5 = - 、 0 0 6 5 0 0 5 5 S 0 0 4 5 皿 删 0 0 3 5 划0 0 2 5 O 01 5 0 0 0 5 0 J 0 G1 -1 G2 1 G3 1 G1 - 2 G2 - 2 G3 - 2 编 号 图4 各孔级累积注汞量柱状图 F i g 4 Cu mul a t i v e a mo u nt o f me r c u r y wi t h d i f f e r e n t ho l e Fi g 5 l e v e l 2 0 0 l l m t = 2 0 5 0 n m Et 5 0 2 0 0 n m 2 0 n m J 0 G1 1 G2 1 G3 1 G1 2 G2 2 G3 2 编 号 图 5 各孔级体积累积百分 比柱状 图 C u mu l a t i v e p e r c e n t a g e o f d i f f e r e n t p o r e l e v e l v o l u me h i s t o g r a m 2 3 微观孔隙参数与宏观试验的关系分析 通过对花岗岩石粉混凝土微观孔隙结构和孔级 比例分析 ， 对掺入花 岗岩石粉细度为 0 1 5 0 I x m的混凝 土按照水工混凝土试验规程 加 进行抗渗与抗冻性能试验 ， 试验结果如图 6和 7所示 。 混凝土抗渗性能与混凝土孔隙率并不存在简单 的 表4 孔隙孔径大于1 3 2 n m的体积比例 舳加 印 如加 m O 酶 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 水 利 水 运 工 程 学 报 为孔径大于 1 3 2 n m的单位质量样 品孔隙体积。 在水泥水化产物 中， 水化硅酸钙凝胶 ( C - S - H) 约 占水化产物 的 7 0 左右 ， 是混凝土材料强度 、 密实性 和 孔隙发展的决定性材料。水化硅 酸钙凝胶常表现为云状 、 颗粒状 、 网状 等形状 ， 当掺合料取代部分水 泥 后 ， 虽然凝胶数量减少 ， 但增加了水化硅酸钙凝胶在空间上的云状 、 网状形态的复杂性 ， 增大了材料内部孑 L 隙 长度及 曲折性 ， 即在一定程度上延长了外界水分 的渗透路径 ， 对 降低混凝土相对渗透系数起到了积极作用 。 另一方面 ， 由表 1 可 以看 出， 花岗岩石粉主要成分是 S i O ， 活性较低 ， 基本不参与水泥水化反应 ， 花岗岩石粉 掺入混凝土拌合物后 ， 石粉颗粒对混凝土内部微观孔隙通道起到堵塞作用 ， 切断 了水分侵入路径 ， 增大了外 界水渗透阻力 ， 当掺量不超过 3 0 时， 有利于提高混凝土抗渗性能。当花 岗岩石粉的掺量在 3 0 范 围内逐 渐增加时 ， 其微集料填充效应难以抵消胶凝材料减少带来的负面效应 ， 有害孔和多害孔数量逐渐增加 ， 相对 渗透系数呈增大趋势 ， 但掺合料混凝土抗渗性能与基准组相 比并未降低 。由表 4可见， 的比值也随石 粉掺量 的增加而增大 ， 说明孔径大于 1 3 2 n m的孔隙在总孔隙体积 中比例 的增加 ， 是导致混凝土相对渗透系 数逐渐增大的主要微观 因素。当花岗岩石粉掺量为 1 0 和 2 0 时 ， 孑 L 径 大于 1 3 2 n m的孔隙在总孔隙体积 中比例小于基准组混凝土 ， 故其相对渗透系数明显小于基准组 ， 有利于抑制外界水分向混凝土内部渗透， 从 而保证试验组混凝土在胶凝材料减少情况下， 仍然可以达到与基准组相同的抗冻等级 F 3 0 0 。当花岗岩石粉 掺量为 3 0 时， 虽然 G 3 2试验组的相对渗透系数与基准组基本持平 ， 但在冻融循环试验过程中， 由于孑 L 隙 水结冰引起的体积膨胀作用 ， 以及孔隙水结冰膨胀对孔隙中未结冰水的压力作用 ， 导致混凝土内部孔隙壁受 到拉应力作用 ， 混凝土胶凝材料的大幅度减少 ， 导致主要水化产物水化硅酸钙凝胶的减少 ， 对保持混凝土结 构整体性及黏结强度不利 ， 在很大程度上使 G 3 - 2试验组混凝土脆弱区发生冻胀破坏 和表面剥离现象 ， 故在 反复冻融循环试验过程 中， 随着冻融次数的增加 ， 破坏作用积累导致混凝土质量损失率增大 ， 相对动弹性模 量降低 ， 最终导致混凝土抗冻等级的降低。 g 6 0 籁 蠢 编 号 图6 花岗岩石粉对混凝土抗渗性能的影响 Fi g 6 Ef f e c t o f g r a n i t e po wd e r o n c o n c r e t e i mp e r me a b i l i t y 3 结 语 冻融循 环次数 ( a ) 质量损失率 冻融循环次数 f h ) 相对动 弹性模量 图 7 花岗岩石 粉对 混凝 土抗 冻性 能的影响 Fi g 7 Ef f e c t o f g r a ni t e p o wde r o n c o n c r e t e a n t i f r e e z i ng pe r f o r ma nc e ( 1 ) 综合考虑混凝T L 隙率 、 孔级比例划分以及花 岗岩石粉利用率 ， 最终确定花岗岩石粉在混凝土中的 最佳掺量为 2 0 ， 最优单掺细度为 0 1 5 0 L L m。 ( 2 ) 当花岗岩石粉细度为 0 1 5 0 m， 掺量为 1 0 和 2 0 时 ， 花岗岩石粉混凝土抗渗性能较基准组混凝 土得到明显提高， 花岗岩石粉混凝土抗冻等级与基准组混凝土均可达到 F 3 0 0 ； 当掺量继续增大时， 对混凝土 抗渗性能和抗冻性能呈现 出不利的发展趋势。 参考文献 ： 1 李相国， 李孟蕾 ， 马保国， 等 改性花岗岩石粉对水泥的性能影响 J 混凝土， 2 0 1 3 ( 8 ) ： 8 7 9 0 ( L I X i a n g g u o ， L I M e n g 一 5 544 3 322l1O00 、 斟 咖 一 5 5 5 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 赵井辉，等： 花岗岩石粉细度及掺量对混凝土微观孔隙的影响 4 5 2 3 4 5 6 7 1 0 1 1 l e i ， MA B a o g u o ， e t a 1 E f f e c t o f m o d i f i c a t i o n g r a n i t e s t o n e p o w d e r t o c e m e n t p e r f o r ma n c e J C o n c r e t e ， 2 0 1 3 ( 8 ) ： 8 7 9 0 ( i n C h i n e s e ) ) A R U N T A S H， G U R U M， D A Y M， e t a 1 U t i l i z a t i o n o f w a s t e n a t u r a l s t o n e d u s t a s a n a d d i t i v e i n c e m e n t p r o d u c t i o n f J Ma t e r D e s ， 2 0 1 0 ( 3 1 ) ： 4 0 3 9 4 0 4 2 B I N I C I H， S HA H T ， A K S O G A N O， e t a 1 D u r a b i l i t y o f c o n c r e t e ma d e w i t h g r a n i t e a n d m a r b l e a s r e c y c l e a g g r e g a t e s J J Ma t e r P r o c e s s T e c h n o l ， 2 0 0 8 ( 2 0 8 ) ： 2 9 9 3 0 8 G L A V I N D MS u s t a i n a b i l i t y o f c e m e n t ，c o n c r e t e a n d c e me n t r e p l a c e m e n t m a t e r i a l s i n c o n s t r u c t i o n M K H A T I B E E S u s t a i n a b i l i t y o f c o n s t ruc t i o n ma t e r i a l s C a mb r i d g e ：W o o d He a d P u b l i s h i n g i n Ma t e r i a l s 2 0 0 9： 1 2 0 4 7 陈悦 ， 李东旭 压汞法测定材料孑 L 结构的误差分析 J ， 硅酸盐通报， 2 0 0 6 ， 2 5 ( 4 ) ：1 9 8 2 0 1 ， 2 0 7 ( C H E N Y u e ， L I D o n g x u E r r o r a n a l y s i s o f m a t e r i a l p o r e s t ruc t u r e me a s u r e m e n t w i t h MI P me t h o d J B u l l e t i n o f t h e C h i n e s e C e r a mi c S o c i e t y ， 2 0 0 6 ， 2 5 ( 4 ) ：1 9 8 2 0 1 ， 2 0 7 ( i n C h i n e s e ) ) 吴中伟 ， 廉慧珍 高性能混凝土 M 北京： 中国铁道 出版社，1 9 9 9 ( wu Z h o n g w e i ，L I A N H u i z h e n Hi g h p e rf o r m a n c e c o n c r e t e M B e i j i n g ：C h i n a R a i l w a y P u b l i s h i n g H o u s e ，1 9 9 9 ( i n C h i n e s e ) ) 张粉芹 ， 王海波， 王起才 掺合料和引气剂对混凝土孔结构与性能影响的研究 J 水力发电学报 ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( I ) ：1 8 0 1 8 5 ( Z H A N G F e n q i n ， WA N G H a i b o ， WA N G Q i c a i R e s e a r c h o n t h e mi x t u r e a n d e n t r a i n i n g a g e n t t o c o n c r e t e h o l e s t ruc t u r e a n d p r o p e r t i e s J J o u r n al o f H y d r o e l e c t r i c E n g i n e e r i n g ， 2 0 1 0 ， 2 9 ( 1 ) ：1 8 0 1 8 5 ( i n C h i n e s e ) ) 英丕杰 花岗岩石粉 粉煤灰对混凝土性能影响的试验研究 D 泰安：山东农业大学 ， 2 0 1 3 ( Y I N G P i - j i e E x p e r i me n t a l s t u d y o f i m p a c t s o f g r a n i t e p o w d e r fl y a s h o n c o n c r e t e p e r f o rma n c e D J T a i a n ：S h a n d o n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ，2 0 1 3 ( i n C h i n e s e ) ) 李淑进，赵铁军， 吴科如 混凝土渗透性与微观结构关系的研究 J 混凝土与水泥制品，2 0 0 4 ( 2 ) ： 6 8 ( L I S h u - j i n ， Z H A O T i e j u n ， WU K e ru S t u d y o n t h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n c o n c r e t e p e rme a b i l i t y a n d mi c r o s t r u c t u r e f J 1 C h i n e s e C o n c r e t e a n d C e me n t P r o d u c t s ， 2 0 0 4 ( 2 ) ： 6 8 ( i n C h i n e s e ) ) S L 3 5 2 -2 0 0 6水工混凝土试验规程 S ( S L 3 5 2 -2 0 0 6 H y d r a u l i c c o n c r e t e t e s t i n g p r o c e d u r e s S ( i n C h i n e s e ) ) 李素畴 水泥微观形貌的图像分析 D 济南： 济南大学，2 0 0 4 ( u S u f a n g A n a l y s i s o f c e m e n t m o r p h o l o g y i m a g e D J i n a n ： U n i v e r s i t y o f J i n a n ， 2 0 0 4 ( i n C h i n e s e ) ) Ef f e c t s o f g r a n i t e p o wde r fine n e s s a n d a d d i t i o n o n c o nc r e t e mi c r o s c o p i c p o r e s Z HAO J i n g h u i ，L I U F u s h e n g ，WE I Me i ，C HENG Mi n g ( W a t e r C o n s e r v a n c y a n d C i v i l E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， S h a n d o n g A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y ，T a i a n 2 7 1 0 1 8 ， C h i n a ) Abs t r a c t：W i t h t he r a p i d d e v e l o p me n t o f a d mi x t ur e c o n c r e t e t e c h n o l o g i e s a n d i n c r e a s i n g r e q u i r e me n t s o f bu i l di n g f o r e n e r g y s a v i n g，t h e e x p e r i me n t a l s t u d i e s o n t h e i n flu e nc e o f t he fin e n e s s a n d a d d i t i o n o f t h e g r a n i t e p o wd e r o n c o n c r e t e m i c r o s c o p i c p o r e s t r u c t u r e w i t h MI P ( me