石材加工业废料对水泥混凝土性能的影响分析

陈婕

摘要：根据《天然石材统一编号》（GB/T 17670-2008），国内天然石材主要分为五类，包括板石、石灰石、花岗岩、砂岩以及大理石。同时，烧结型人造石、复合型人造石、水泥型人造石的生产规模也较大。石材加工业利用天然石材和人造石制造工程装饰板材，在作业过程中大量运用切削、打磨、抛光等方法，进而产生了粗细不一的废料，通常表现为石粉。

关键词：石材加工；废料

一、石材加工业废料的基本特性

研究过程中从国内某石材加工厂采集抛光工序的废石粉，该企业主要生产天然大理石、人造大理石以及天然花岗岩三种板材，因而废石粉由这三种石材组成。使用球磨机对天然大理石、天然花岗岩、人造大理石和烘干后的废石粉分别进行粉碎操作，使其达到均匀的粒度（粒径不超过0.08mm）。经过专业的物理及化学检测。

二、石材加工业废料作为掺和料对水泥混凝土性能的影响

（一）试验材料准备

石材加工业废料经适当的粉碎处理后可作为水泥混凝土中的掺和料，其作用与粉煤灰基本相同。在性能试验和检测中分别将粉煤灰、废石粉、天然大理石粉、天然花岗岩粉作为掺和料。水泥、砂、水、集料以及外加剂采用相同规格与品质的材料，严格控制试验变量。

（二）石材加工业废料对水泥混凝土工作性能的影响

1. 水泥混凝土工作性能检验方法

水泥混凝土的工作性能按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2016）进行检验，主要检测坍落度、拓展度以及泌水性三项指标，检测方法如下。

(1)坍落度检测

按照《混凝土坍落度仪》（JG/T 248-2009）的相关要求，选用符合国家标准的坍落度仪，筒高为300mm，底部直径为200mm，顶部直径为100mm，同时配备钢尺。混凝土试样分三层装入筒内，并分别振捣，装料结束之后将筒口的混凝土抹平。坍落时间控制为30s,然后使用钢尺精确测量混凝土顶面与筒口之间的高差。

(2)拓展度检测

混凝土扩展度检测的设备也是坍落度仪和钢尺，但钢尺的量程至少要达到1m,且最小测量分度不应超过1mm。在坍落度检测结束之后，将坍落度仪筒体底部外侧的混凝土清理干净，在3到7秒的时间内将筒体平稳、垂直提起，使混凝土试样与筒壁彻底脱离。失去约束的混凝土试样开始向四周扩散，从筒壁与混凝土分离开始计时，持续50s后使用钢尺测量扩展面的最大直径，计算出拓展度。

(3)泌水性检测

泌水试验的设备包括混凝土试验振动台、量筒、振捣棒以及精确的电子秤，量筒分为5L和100m L两种规格，根据混凝土试样的坍落度确定装填方式和振捣方式。将混凝土装填进试验用量筒，然后进行振捣密实，人工振捣时应分两层装入量筒。然后在1个小时内分6次吸取筒口的泌水，每10min一次，之后按照每半小时一次的频率继续吸水，直至筒口不再泌水，每次吸水之后将筒口的盖子盖紧，防止水分蒸发。泌水率计算方法如式（1）。

式中将泌水率记为B（%），泌水总量记为VW(m L),W为制备混凝土试样的用水量（m L),m T为混凝土试样的总质量（g）。

2. 试验结果及结论

水泥混凝土工作性能检测结果。对比废石粉相关数据可知，随着胶结材料中废石粉比例的提升，混凝土坍落度和扩展度也随之提高，泌水率与废石粉占比成负相关。与粉煤灰为掺和料的混凝土相比，废石粉对坍落度影响较大，在比例相同的情况下，坍落度相差近4mm，而混凝土材料的坍落度越小越好，说明在坍落度上，废石粉不具优势。对比坍落度数据可知，以天然花岗岩石粉为掺和料的混凝土表现最佳，以粉煤灰为掺和料的混凝土次之，以废石粉为掺和料的混凝土在坍落度上略逊于前两者，以天然大理石粉为掺和料的混凝土表现最差。扩展度可表征混凝土的流动性，显然,废石粉有利于促进混凝土的扩展度和流动性。泌水率方面，废石粉混凝土强于粉煤灰混凝土和花岗岩粉混凝土，弱于大理石粉混凝土。

（三）石材加工业废料对水泥混凝土抗压强度的影响

1. 水泥混凝土抗压强度检验方法

水泥混凝土结构抗压强度检验的依据为《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2019），检验过程中的技术要点如下。

(1)制作混凝土试件

制作立方体标准试件，规格为150mm×150mm×150mm。每一种材料分别制备三个试件，共计18块试件。制备试件时要进行捣实操作，养护时长为28天，确保温度适宜，定期进行洒水。

(2)试验过程

使用符合规范的混凝土压力试验机进行抗压强度检测，试验时应连续向试件加荷。由于水泥的抗压强度可达到52.5MPa，因此，可适当提高加荷的速度，试验中按照0.6MPa/s施加载荷。混凝土试件的抗压强度计算方法为式（2）。

式中试件破坏时的载荷记为F(N），试件承压面积记为（mm2)

2. 试验结果及结论

试验中按照C30强度等级配置混凝土，其中统计了养护3天和28天时的抗压强度试验数据。从中可知，废石粉相关的三种混凝土强度均超过了40MPa，并且在水泥和废石粉比例为90:10的情况下达到了所有试件的最高强度（以28天龄期强度为依据）。总体来看，使用粉煤灰、废石粉和天然花岗岩粉作为掺和料时，混凝土的强度水平较为接近。以天然大理石粉作为掺和料时，混凝土强度相对较低，但足以达到C30等级。

（四）石材加工业废料对水泥混凝土抗碳化性能的影响

1. 水泥混凝土抗碳化性能检验方法

水泥混凝土抗碳化性能检测的依据为《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB/T 50082-2009），试验的主要步骤如下。

(1)制作混凝土试件

此类试验的混凝土试件宜采用棱柱体结构或者立方体结构，每一种材料制作三个试件。选用相同的骨料，最大粒径不超过30mm，试件设计为立方体，规格为200mm×200mm×100mm。所有试件均养护至28天。

(2)试件打蜡密封

将立方体试件中200mm×200mm的两个面作为试验工作面，其余部位均使用石蜡进行密封处理。但密封之前需检测试件的干燥程度，标准做法为事先烘干试件，温度设定为60℃，烘干时长为48h。

(3)设定碳化深度检测点

使用彩色的记号笔在测试面上划线，形成网格状，每一个网格均为正方形，边长控制为10mm。然后在这些网格中选定碳化深度检测点。

(4)开展碳化处理

将试件放入标准碳化箱内，保持足够的间距，然后向其中充入CO2，检测其浓度，应按照规范将CO2浓度控制在20±3%，实验过程中将温度统一设定为20℃。从试件养护开始，直到28天的龄期，这一过程中始终进行碳化处理，并且试验过程中要定期检测碳化箱内的温度、湿度以及CO2浓度，确保试验条件全程满足要求。

(5)碳化深度检测

整个碳化过程中，分别在第3、7、14、28天开展碳化深度检测，将试件从碳化箱内暂时取出，破坏检测点表面，测定碳化深度。每次检测完后重新密封，然后再将试件放回碳化箱。试件的平均碳化深度按照式（3）进行计算。

其中dI为检测点的碳化深度（mm），检测点的总数量记为n,为碳化第t天时的碳化深度值。

2. 试验结果及结论

随着废石粉占比的增加，混凝土的抗碳化性能逐渐增强（以28天碳化深度为依据）。天然大理石粉混凝土的抗碳化性能最强，其次为废石粉混凝土，粉煤灰混凝土抗碳化性能最差。

三、结语

将废石粉、天然大理石粉、天然花岗岩粉以及粉煤灰作为水泥混凝土的掺和料，然后按照国家标准和规范对混凝土开展性能试验。结果显示，废石粉作为掺和料时，混凝土的泌水率和扩展度均表现良好，坍落度稍差，但优于大理石粉混凝土。在抗压强度方面，废石粉混凝土与粉煤灰混凝土、花岗岩粉混凝土基本一致，可达到较高水平。抗碳化性能方面，废石粉混凝土优于粉煤灰混凝土和花岗岩粉混凝土。

参考文献

[1] 张淑梅.石灰石矿粉对水泥混凝土路面性能的影响研究[D].河北工业大学,2019.

[2] 范华峰.外掺花岗岩石粉对水工混凝土性能及微观结构的影响研究[D].山东农业大学,2020.

[3] 林慧.山区卵石机制砂特性对水泥基材料性能的影响研究[D].重庆交通大学,2020.