《水利水电技术（中英文）》官网网址https://sjwj.cbpt.cnki.net

摘 要：

机制砂破碎生产过程排放的大量石粉副产物，亟待资源化处理。【目的】为了就地利用石粉废弃物，【方法】探讨了片麻岩机制砂干法生产中回收的废石粉不作磨细处理而直接应用于混凝土中的技术可行性，研究了石粉以内掺作掺合料替代水泥、替代粉煤灰和外掺替代机制砂作细集料3种掺入方式在掺量为5%～20%下分别配制的混凝土工作性、力学性能和抗氯离子渗透性，并通过水化量热仪、扫描电镜、压汞仪等分析了石粉掺量对水泥水化和混凝土微结构的影响。【结果】结果显示：片麻岩石粉掺入量的增加，会增大混凝土达到等工作性所需减水剂掺量；石粉内掺代水泥对混凝土的抗压、劈拉强度和弹性模量及抗渗性具有降低作用，而石粉内掺代粉煤灰在掺量5%或外掺代砂在掺量10%时，混凝土的各项力学性能和抗渗性均达到最佳；10%石粉的掺入轻微促进了水泥的早期水化，5%石粉替代粉煤灰改善了混凝土的孔结构。【结论】结果表明：片麻岩石粉在混凝土中的利用应首先考虑替代粉煤灰，掺量以胶凝材料的5%～10%为宜，其次为外掺代砂，适宜掺量为胶凝材料的10%～15%,而片麻岩石粉不宜用以替代水泥。

关键词：

资源利用;片麻岩石粉废弃物;混凝土;力学性能;水化;孔结构;

作者简介：

张凯(1982—),男，高级工程师，学士，主要从事建筑材料与工程研究。

*李北星(1970—),男，教授，博士研究生导师，博士，主要从事水泥混凝土材料研究。

基金：

江西省交通运输厅科技计划项目(2020H0002);

国家重点研发计划课题(2020YFC1909904);

引用：

张凯, 李北星, 李广, 等. 片麻岩石粉掺入方式对混凝土性能的影响[J]. 水利水电技术(中英文), 2023, 54(1): 187- 198.

ZHANG Kai, LI Beixing, LI Guang, et al. Effect of gneiss powder mixing mode on concrete performance [J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2023, 54(1): 187- 198.

0 引 言

矿物掺合料是现代混凝土的组成材料之一，随着我国基础建设的快速发展，一方面对混凝土的需求量越来越大，机制砂已逐渐普及并成为建设用砂的主要来源，另一方面优质的粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等传统矿物掺合料日益紧缺，尤其是在一些偏远山区，迫切需要寻求合适的替代材料。机制砂在生产过程中会产生约15%～20%石粉(粒径<0.075 mm),受现行各种标准对石粉含量5%～10%的限值要求,机制砂中多余的石粉需通过湿法或干法工艺去除，湿法处理会消耗大量的水，且沉淀下来的石粉泥浆由于混杂较多泥且含水率高而很难利用，大多只能堆置或填埋，不仅浪费资源而且污染环境，以至于目前许多机制砂场选择干法工艺生产，即利用收尘器和风选机将多余的石粉回收集中储存于石粉仓中。如果能将上述机制砂干法生产中回收的废石粉作为混凝土矿物掺合料使用，部分替代日益紧缺的粉煤灰和价格昂贵的矿渣粉，对于缓解工程建设中的原材料紧缺、推进机制砂的应用、降低工程造价以及保护环境等，都将具有重大的现实意义。

近十年来，我国矿物掺合料从固体工业废渣微粉扩展到天然岩石粉的趋势越来越明显,其中以石灰石粉用于水泥混凝土的研究最为充分，石灰石粉在混凝土中具有的矿物减水、微集料填充、晶核和活性等效应得到大家认同，并形成了《用于水泥、砂浆和混凝土中的石灰石粉》(GB/T 35164—2017)和《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》(JGJ/T 318—2014)等相关标准， 为石灰石粉在工程实际混凝土中的广泛应用奠定了基础。最近几年来，我国一些地方标准和工程应用中也逐渐把石粉的种类扩展到玄武岩、大理岩、花岗岩、片麻岩等岩性的石粉,不过对于这些岩性石粉的研究则较少且缺乏系统性，制约了其推广应用。另外，目前对于石粉的应用主要针对的是磨细加工的石粉，而对机制砂生产中回收的废石粉不进行磨细加工而直接利用的研究很少。

江西省宜春至遂川(宜遂)高速公路项目针对沿线河砂资源缺乏而隧道开挖产生大量片麻岩洞渣急需处理的问题，建设了一条台时产量100 t/h的楼站式干法机制砂生产线，机制砂生产中每小时可以回收7～8 t的片麻岩石粉，如此一来每天要处理的废石粉总量在100～120 t。为最大限度将片麻岩机制砂收尘石粉就地资源化利用，探讨废石粉在混凝土中直接利用的合理方式，系统研究了石粉内掺作矿物掺合料代水泥、代粉煤灰和外掺代砂作细集料3种掺入方式对混凝土工作性、力学性能和抗渗性能影响的不同规律，石粉掺量均按胶凝材料的5%～20%计，并通过测试片麻岩石粉内掺作掺合料对水泥水化和混凝土微结构的影响，分析了石粉在混凝土中的作用机制。

1 试验材料与方法

1.1 原材料

水泥：江西分宜海螺水泥有限公司42.5级普通硅酸盐水泥，3 d、28 d抗压强度分别为27.4 MPa、48.1 MPa。

粉煤灰：华能安源发电有限责任公司芦溪华能电厂F类Ⅱ级粉煤灰，细度(45 μm方孔筛筛余)24.1%,需水量比88%,28 d活性指数76%。

碎石：5～31.5 mm连续级配片麻岩碎石，由粒径5～10 mm小石、10～20 mm中石和16～31.5 mm的大石按质量比2∶5∶3搭配而成。碎石压碎值为12.8%,针片状颗粒含量3.3%,含泥量为0.6%。

机制砂：楼站式单独干法制砂工艺生产的片麻岩机制砂，细度模数为2.92,压碎指标为19.0%,石粉含量为5.3%,MB值为0.51 g/kg。

片麻岩石粉：系楼站式单独干法工艺制备片麻岩机制砂时收尘器收集的石粉，表1和表2分别是石粉的化学成分和主要性能指标。图1是石粉、水泥和粉煤灰3种粉体材料的粒度分布，可见石粉粒度最粗。

图1 石粉、水泥和粉煤灰的粒径分布

外加剂：江西华建生产的聚羧酸高效减水剂，固含量18.5%。

1.2 混凝土配合比

设计三种石粉掺加方式对混凝土性能的影响，包括石粉内掺作矿物掺合料替代水泥、替代粉煤灰和石粉外加代砂作细集料三种情况。石粉内掺和外掺的掺量均以胶凝材料质量百分数计，掺量分别为 0%、5%、10%、15%、20%。混凝土基准配合比的胶材用量是400 kg/m3,水胶比为0.40。不同石粉替代方式和掺量配制的混凝土的外加剂掺量以控制混凝土的坍落度达到(200±20) mm, 扩展度达到(450±50) mm 为准。表3是试验所用的混凝土配合比及测定的拌和物工作性结果。

1.3 试验方法

(1)混凝土坍落度和扩展度：

依据《普通混凝土拌和物性能试验方法标准》(GB/T 50080—2016)进行测试。

(2)混凝土力学性能：

按《混凝土物理力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2019)进行试验，抗压强度和劈拉强度试件为尺寸150 mm×150 mm×150 mm立方体，试验龄期分别为7 d、28 d和56 d, 每组试件为3个，以3个试件测值的算数平均值作为该组试件的强度值；弹性模量试件为尺寸150 mm×150 mm×300 mm棱柱体，试验龄期为7 d、28 d, 每组6个试件，其中3个用于轴心抗压强度测定，另外3个用于抗压弹性模量测定，按3个试件测值的算数平均值作为该组试件的弹性模量值。

(3)混凝土抗氯离子渗透性：

依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T 50082—2009)中的电通量法测定，试件为直径100 mm、高度 50 mm的圆柱体，每组试件为3个，取3个试件电通量的算数平均值作为该组试件的电通量测定值。

(4)胶凝材料水化热：

采用八通道TAM Air 热活性微量热仪进行测试。试验用胶凝材料用量为10 g, 水胶比为0.40,试验温度25 ℃。

(5)SEM:

掺石粉的水泥净浆试样养护28 d后，切割成1 cm左右小块，使用无水乙醇终止水化；测试前，于40 ℃干燥至恒重，并用导电胶将其固定在铜座上，真空镀金后采用Quanta 450FEG场发射扫描电子显微镜进行测试。

(6)孔结构(MIP):

掺石粉的混凝土试件养护达到 28 d完成劈拉强度测试后，切取1.5 cm左右砂浆小块，使用无水乙醇终止水化。试验前，将待测试样放入60 ℃的烘箱中烘干3 h后冷却至室温，再采用AutoPore Iv 9510高性能全自动压汞仪进行孔结构测试。

2 试验结果与分析

2.1 石粉对混凝土工作性的影响

以混凝土达到相同或相近工作性所需要的减水剂掺量为指标来评价石粉掺加方式和掺量不同的混凝土工作性大小，水胶比和用水量等配比参数一定量情况下，减水剂需用量越大，混凝土工作性越低。由表3石粉以3种不同掺入方式配制的混凝土拌和物达到同等工作性下的减水剂掺量试验结果可以看出，随着石粉内掺量或外掺量的增加，减水剂的掺量逐渐增大。石粉内掺代水泥、内掺代粉煤灰和外掺代砂在掺量各20%下配制的混凝土的减水剂剂量，较各自基准混凝土样分别提高了20%、38.9%和44.4%,说明石粉外掺对混凝土和易性的影响最大，内掺代粉煤灰次之，内掺代水泥影响最小。

因片麻岩石粉颗粒为片状和不规则状且表面粗糙多棱角[见图2(a)],需要更多的水来包裹其颗粒表面，而粉煤灰颗粒表面光滑致密且呈球形[见图2(b)],在混凝土中可起到润滑作用。另外，片麻岩石粉组成中存在的云母和绿泥石等层状铝硅酸盐矿物对减水剂具有一定的吸附作用,最终表现为片麻岩石粉内掺代水泥或粉煤灰时，随着石粉掺量的增加，减水剂掺量逐渐增大。石粉外掺相当于石粉替代了机制砂，而石粉的比表面积远大于机制砂颗粒，包裹等质量的石粉颗粒所需用水量较机制砂颗粒要多得多，在用水量不变情况下，自然需要掺入更多减水剂来满足流动性要求。

图2 石粉和粉煤灰颗粒形貌SEM照片

2.2 石粉对混凝土抗压强度的影响

图3为3种掺石粉的混凝土抗压强度结果。

图3 掺石粉的混凝土抗压强度

由图3(a)可以看出，随着石粉内掺代水泥掺量的增加，同龄期的混凝土抗压强度逐渐下降。在石粉掺量5%、10%、15%、20%时，混凝土28 d龄期抗压强度较基准样分别下降8.1%、11.0%、15.6%和19%,56 d抗压强度下降5.5%、9.8%、14.2%和17.7%。石粉代水泥后，混凝土强度下降较为明显，即使是5%的石粉取代，28 d抗压强度降幅也达8.1%,主要是因为水泥用量随石粉掺量增大而降低。

由图3(b)可以看出，随着石粉替代粉煤灰掺量的增加，混凝土抗压强度呈先增后降趋势，当石粉掺量5%时，混凝土的抗压强度轻微增加，与基准样相比，7 d、28 d和56 d抗压强度分别增加2.3%、1.1%和3.4%,这主要与石粉颗粒的微集料填充效应有关,当石粉掺量5%时，水泥-粉煤灰-石粉胶凝体系达到紧密堆积而空隙率可能最低；当石粉掺量超过5%后，则随着石粉掺量的增大混凝土抗压强度下降趋势逐渐增大，石粉替代率10%、15%、20%的混凝土28 d抗压强度较基准样分别降低5.5%、7.5%和12.3%,56 d龄期抗压强度较基准样分别降低4.1%、7.7%和11.8%,其中当石粉掺量10%时，混凝土抗压强度降低率5%左右，这是可以接受的。石粉代粉煤灰掺量超过5%后降低混凝土强度的主要原因是：尽管片麻岩石粉通过粒度优化可以提高胶凝材料体系的密实度，但由于片麻岩石粉的活性低于粉煤灰，当石粉替代率超过一定值时，石粉颗粒粒度分布优化产生的物理填充效应小于胶凝材料的稀释效应，因此，石粉内掺代粉煤灰的掺量宜控制在10%以内，以维持混凝土较高的强度。

由图3(c)可知，随着石粉外加掺量的增大，混凝土的抗压强度呈先增后降的变化规律，石粉外加掺量5%、10%、15%、20%的混凝土28 d龄期抗压强度较基准样分别增加2.2%、5.7%、1.5%、-1.3%,即外掺10%石粉时的混凝土抗压强度最高。石粉外掺代砂等同于提高机制砂中的石粉含量。由表3计算可知，C1、C2、C3、C4配合比外加胶凝材料用量5%、10%、15%和20%的石粉，相应机制砂的石粉含量由基准样的5.3%分别增至7.7%、10.1%、12.5%和15.0%。因此，外掺适量石粉对混凝土抗压强度的改进归结为石粉的填充效应，即石粉作为微细集料填补了机制砂的空隙，使混凝土结构更密实,当石粉掺量过大后由于机制砂数量的减少而破坏了机制砂的最紧密堆积并削弱了砂粒的骨架作用，同时还可能在界面过渡区出现游离态石粉而降低骨料和水泥石的黏结,从而使混凝土强度降低。

2.3 石粉对混凝土劈拉强度的影响

图4为3种掺石粉的混凝土劈拉强度结果。

图4 掺石粉的混凝土劈拉强度

由图4(a)可见，随着石粉内掺代水泥掺量的增加，混凝土各龄期劈拉强度不断下降。与基准样相比，石粉掺量5%、10%、15%、20%的混凝土28 d劈拉强度分别下降6.3%、12.7%、22.6%、32.2%,56 d劈拉强度分别下降5.6%、17.1%、25.9%、31.5%。这些结果与前述石粉代水泥对抗压强度影响结果是一致的，但总体而言，劈拉强度受石粉代水泥掺量增加的降低影响更为显著。

从图4(b)可知，随着石粉内掺代粉煤灰掺量的增加，混凝土的劈拉强度呈先增后降趋势，当石粉替代率为5%时，混凝土各龄期劈拉强度达最大值，其7 d、28 d和56 d劈拉强度较基准样分别增加11.9%、6.5%和5.9%;但当石粉替代率进一步增大时，劈拉强度则开始逐步下降，石粉替代率10%、15%、20%的混凝土28 d劈拉强度较基准样分别下降3.4%、16.5%、29.9%,56 d劈拉强度下降6.2%、18.1%、24.3%,即石粉替代率10%的混凝土劈拉强度降低率5%左右，这作为矿物掺合料是可以接受的。

由图4(c)可见，随石粉外加掺量的增大，混凝土劈拉强度先增加后降低，当石粉外掺量为10%时，混凝土劈拉强度最佳，此时混凝土7 d、28 d、56 d劈拉强度较基准样分别增加7.1%、6.2%和5.3%。当石粉外掺量增至15%时，混凝土各龄期劈拉强度与基准相比略有降低但差别不大，石粉外掺量20%时，混凝土7 d、28 d、56 d劈拉强度也仅分别降低3.4%、2.8%、3.1%。石粉外加掺量的适度增加，完善了机制砂的级配，降低了混凝土中自由水数量，减少了混凝土中富集于粗集料表面的泌水，并且使得界面过渡区厚度减小,故石粉外掺量在10% 以下时，混凝土的劈拉强度随石粉含量的增加而增大；但当石粉含量超过一定量时，游离态的石粉会出现在界面过渡区或水泥石中，不利于粗集料与水泥石的黏结,从而会降低混凝土劈拉强度。

2.4 石粉对混凝土弹性模量的影响

图5是3种掺石粉的混凝土的弹性模量结果。

图5 掺石粉混凝土弹性模量

由图5(a)可以看出，随着石粉内掺替代水泥掺量的增加，混凝土的弹性模量呈逐渐下降趋势。与基准样相比，石粉掺量5%、 10%、15%、20%的混凝土28 d弹性模量分别下降2.7%、4%、5.4%和7%。

由图5(b)可知，石粉内掺代粉煤灰对混凝土弹性模量的影响规律与上述强度变化规律一样，随着石粉替代粉煤灰掺量的增加，混凝土弹性模量亦呈先增后降趋势，石粉掺量5%时弹性模量最高。与基准样相比，石粉掺量5%的混凝土28 d弹性模量略增0.5%,掺量10%、15%、20%的混凝土28 d弹性模量分别下降1.8%、2.6%和9.2%。适量片麻岩石粉作为惰性填料可以填充混凝土毛细孔隙，改善混凝土孔结构，形成细观层次的紧密堆积体系,使混凝土结构更加密实，因此适量石粉替代粉煤灰有利于混凝土弹性模量的提高，但随着石粉替代量的增加，混凝土抗压强度下降，弹性模量也相应降低。

从图5(c)可以看出，机制砂混凝土的弹性模量随石粉外加掺量的增加呈先增后减的趋势，石粉外掺量10%时混凝土弹性模量达到最佳，其28 d弹性模量较基准样增加4.5%;当石粉外掺量为15%时，混凝土弹性模量与基准样的不相上下，而石粉掺量达到20%时，混凝土28 d弹性模量较基准样降低4.5%。石粉外加对混凝土弹性模量的影响取决于以下两方面的因素： 一是石粉外加对混凝土强度的提高作用有利于增大弹性模量; 二是石粉外加使得浆体体积增多，增加了浆集体积比，将降低混凝土弹性模量。本文中机制砂混凝土弹性模量随石粉外掺量增加而先增后减，说明石粉外掺量在10%以内对弹性模量的影响以增强的正作用为主，超过10%后以负作用为主。

综合混凝土各力学性能指标随石粉内掺代水泥或代粉煤灰掺量的增加而变化的幅度可以发现，劈拉强度受石粉内掺量的影响程度最大，其次是抗压强度，影响最小的是弹性模量。

2.5 石粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响

电通量常用于评价混凝土抵抗水和离子等介质向内渗透的能力。图6为3种掺石粉的混凝土的电通量测定结果。

图6 掺石粉混凝土的电通量

由图6(a)可知，随着石粉内掺代水泥掺量的增大，混凝土28 d、56 d电通量逐渐增大，尤其是当石粉掺量超过10%以后，电通量增长速率加快。与基准样相比，石粉代水泥掺量5%、10%、15%、20%的混凝土56 d电通量分别增加7.5%、24.2%、72.8%、136.4%。

由图6(b)可以发现，随着石粉内掺代粉煤灰掺量的增加，混凝土电通量呈先轻微下降后逐步增大的变化规律，当石粉掺量5%时电通量最低，抗渗性最佳，28 d和56 d电通量较基准样分别下降7.0%和3.6%;当石粉掺量为10%时，混凝土28 d、56 d电通量则增加7.1%和11.1%,石粉掺量继续增大，则电通量快速增加。5%石粉代粉煤灰提高抗渗性与石粉的粒度级配优化作用改善了混凝土孔结构而减少或阻止氯离子的渗透有关，但因为石粉只有物理填充作用，而不像粉煤灰对氯离子具有化学结合作用,所以石粉对混凝土的抗氯离子渗透性的改善不如粉煤灰，当石粉代粉煤灰掺量超过一定数量后，则抗渗性下降。

由图6(c)可知，随着石粉外掺量的增大，混凝土的电通量呈先降低后增加趋势，石粉外掺量10%时，混凝土的电通量最低，此时28 d、56 d电通量较基准样分别降低17.2%、16.6%;石粉外掺量15%时，混凝土电通量与基准样不相上下；石粉外掺量达20%时，混凝土28 d、56 d电通量较基准样分别增加3.1%、12.3%,抗氯离子渗透性略有降低。其主要原因是：石粉外掺量在10%以内时，石粉通过微集料填充效应来填补混凝土中的空隙，使混凝土更加密实，从而阻塞氯离子扩散通道，抗氯离子渗透能力增强，石粉外掺量超过15%后，过量石粉的加入，则会在一定程度上破坏混凝土的最紧密堆积体系，降低混凝土的密实性,导致混凝土电通量提高，抗氯离子能力减弱。

2.6 石粉对水泥水化热的影响

为了探讨片麻岩石粉内掺作矿物掺合料在混凝土中的作用，研究了片麻岩石粉(代号GD)代水泥(代号Ce)对其水化历程的影响。图7是内掺10%、20%和30%的石粉代水泥配制的含石粉水泥浆体的水化放热速率和累计水化热总量曲线，表4是相关水化放热特征参数。

图7 石粉替代量对水泥水化热的影响

由图7和表4可以看出，与基准水泥浆体相比，含10%石粉的水泥浆体虽然水泥含量降低，但其水化热速率略快，72 h的水化放热总量略高；含20%、30%的水泥浆体水化放热速率和72 h放热总量由于水泥含量下降较多而显著降低，但石粉含量越高，最大放热速率出现时间反而有所提前，且72 h的水化放热总量减小的幅度低于石粉含量比例的增加幅度，如石粉含量10%、20%、30%的水泥-石粉浆体的72 h水化热分别达到了纯水泥样的101.4%、87.6%、80.6%。片麻岩石为惰性掺合料，自身不参与水化，假设也不影响水泥水化，将水泥-石粉体系的水化热折算成水泥部分的水化热，则含10%、20%、30%石粉的水泥-石粉浆体中水泥的72 h水化热分别为283.0 J/g、275.03 J/g、289.26 J/g, 高于纯水泥的72 h水化热251.16 J/g。上述结果显示石粉实际上是促进了水泥的水化的。这主要是由石粉的稀释效应及晶核效应引起的：由于石粉取代水泥后，单位质量水泥中有更多的水可用于使水泥颗粒水化，从而导致更高的反应速率和更大的热释放;另外，石粉细颗粒可以作为C-S-H凝胶沉淀和生长的成核点,从而促进水泥水化而增大放热量。但毕竟石粉自身不水化而仅仅是加速水泥的水化，因此，当水泥用量减少到一定程度，势必会导致水泥-石粉体系的水化速率和放热量低于纯水泥，因此，在石粉掺量10%时，水泥-石粉体系水化热略高于纯水泥，而当石粉掺量20%及以上，则体系水化热显著低于纯水泥。

2.7 石粉代粉煤灰对水泥胶浆微结构的影响

为研究石粉内掺代粉煤灰对混凝土微结构的影响，以内掺胶凝材料质量0%、10%、20%和30%的石粉替代粉煤灰制备了四组水泥-粉煤灰-石粉混合水泥胶浆试样，采用SEM对28 d龄期水化试样的微结构进行了观察，结果如图8和图9所示。

图8 石粉替代粉煤灰对水泥胶浆28 d微观形貌的影响(1 000倍)

图9 石粉替代粉煤灰对水泥胶浆28 d微观形貌的影响(5 000 倍)

由图8(a)和图8(b)可以看出，30%FA、20%FA+10%GD两个水泥胶浆试样均非常致密，粉煤灰和石粉颗粒在浆体中分布较为均匀；图8(c)和图8(d)显示，10%FA+20%GD、30%GD两个水泥胶浆试样中粒径较粗的不规则石粉颗粒周边存在显著的微裂隙，且表面未有反应痕迹。

由图9可以看出，4个胶浆试样中存在大量C-S-H凝胶、针状AFt和六方片状Ca(OH)2晶体等水化产物，且在石粉颗粒表面上附着许多水化产物，但其表面未有任何反应痕迹，表明片麻岩石粉在混凝土中主要作用是微集料填充效应，少量微细颗粒具有的晶核效应会促进水泥的水化，但本身不会发生火山灰反应。而粉煤灰颗粒表面上有被刻蚀的痕迹，且表面被大量水化产物所覆盖[见图9(a)和图9(b)],显示出粉煤灰在后期发生了二次水化反应，可提高致密度，从而增进混凝土后期强度。

2.8 石粉代粉煤灰对混凝土孔结构的影响

为进一步揭示石粉的物理填充作用，采用压汞法对表2中的B0、B1、B2、B4四组混凝土试样(对应于内掺0%、5%、10%和20%的石粉取代粉煤灰)进行了孔结构测定，结果如表5和图10所示。

图10 石粉替代粉煤灰对混凝土孔径分布的影响

由表5可知，石粉掺量5%的B1混凝土试样的孔隙率和平均孔径略低于基准样B0,二者的最可几孔径相同。石粉掺量10%的B2混凝土试样的孔隙率和平均孔径则较基准样分别提高了17.1%和19.2%,最可几孔径增大25.1%。当石粉掺量20%时，B4混凝土的孔隙率、平均孔径和最可几孔径进一步增大，较基准样分别提高26.1%、37.6%、55.3%。从图10的孔径分布积分曲线可以看出，B1试样的累计进汞量最低，其次为B0,而B2和B4的累积进汞量较B0显著增大，进汞量反映孔隙率大小，所以内掺5%石粉替代粉煤灰的混凝土孔隙率最低。从表5四组混凝土的孔径分布统计结果可以看出，B1试样中20 nm以下的无害孔和20～50 nm的少害孔数量最多，大于200 nm的多害孔数量最低，表明石粉掺量5%时有助于混凝土孔结构的细化；B2、B4试样中20 nm以下的无害孔和20～50 nm的少害孔数量相对基准样B0有不同程度的减少，而大于200 nm的多害孔数量显著增多，显示在石粉掺量达到或超过10%时，混凝土的孔结构发生了粗化。综上所述，由于石粉的微集料填充效应，掺入5%石粉取代粉煤灰可以在一定程度上改善混凝土的孔结构，而当石粉掺量达到或超过10%时，则会劣化混凝土的孔结构，这与前面所得混凝土力学性能与抗渗性在石粉掺量5%时表现最佳，而石粉含量进一步增大则混凝土宏观性能不断减弱的规律相一致。

3 结 论

(1)随着片麻岩石粉掺量的增大，石粉内掺代水泥、代粉煤灰或外掺代砂3种方式配制的混凝土达到等工作性所需减水剂掺量均呈增加趋势，同等石粉掺量下，石粉外掺代砂引起的减水剂掺量增加量最多，石粉代水泥引起的减水剂增加量最少。

(2)片麻岩石粉内掺代水泥时，混凝土的力学性能和抗渗性能随着石粉掺量增大而不断下降；石粉内掺代粉煤灰时，混凝土的力学性能和抗渗性能在石粉掺量5%时达最佳，在石粉掺量10%时影响较小，当石粉掺量达到或超过15%后则降低明显；石粉外掺代砂时，混凝土的力学性能和抗渗性能随石粉掺量增大亦呈先增后降趋势，石粉掺量为10%时，混凝土性能达最佳，石粉掺量为15%时，混凝土性能与基准样不相上下。

(3)10%石粉替代水泥对水泥的早期水化具有轻微促进作用，这主要源于石粉的晶核作用和稀释效应，但石粉自身不发生火山灰反应。掺量5%石粉替代粉煤灰的混凝土孔结构参数最优，石粉掺量10%及以上时，则混凝土孔隙率增加，孔隙中大尺寸多害孔的比例增多，导致混凝土力学性能和抗渗性能降低。

综上所述，片麻岩机制砂收尘石粉在混凝土中的利用首先考虑替代粉煤灰，替代率以内掺胶凝材料质量的5%～10%为宜，其次为外掺代砂，适宜掺量为胶凝材料的10%～15%,片麻岩石粉不宜直接替代水泥。

水利水电技术（中英文）

水利部《水利水电技术（中英文）》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文核心期刊，面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护，以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主，同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。