王建國(guó)，周海龍,2*，葛成龍，陳巖

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018)

隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，天然砂資源日漸短缺，由于國(guó)家對(duì)生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的重視，機(jī)制砂替代天然砂配制混凝土已成為混凝土行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然趨勢(shì)[1].但機(jī)制砂往往表面粗糙、多棱角、級(jí)配不良，導(dǎo)致使用機(jī)制砂拌和的混凝土工作性能下降[2]，且機(jī)制砂含有粒徑小于75 μm的石粉，其構(gòu)成機(jī)制砂的微粒級(jí)配，是機(jī)制砂的重要組成成分[3].石粉含量對(duì)于機(jī)制砂混凝土的影響是當(dāng)前研究機(jī)制砂混凝土的核心內(nèi)容.目前，國(guó)內(nèi)一些研究表明機(jī)制砂中含有一定數(shù)量的石粉能有效改善混凝土的工作性能、增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能.李北星等[4]研究結(jié)果表明，隨著石粉含量的增加，水泥用量減少，有效改善了混凝土拌合物的黏聚性和保水性，但混凝土拌合物坍落度和擴(kuò)展度均呈遞減趨勢(shì).SONG等[5]發(fā)現(xiàn)石粉不利于混凝土的早期強(qiáng)度發(fā)展，但增大了混凝土的后期強(qiáng)度和彈性模數(shù).

內(nèi)蒙古地區(qū)巖石分布廣、種類豐富，成為很好的機(jī)制砂備選地.石材在開(kāi)采和加工處理過(guò)程中形成粒徑小于0.075 mm的石粉，由于沒(méi)有很好地加以利用，一般都會(huì)被作為廢棄物堆積，對(duì)環(huán)境造成很大程度上的污染和破壞[6].實(shí)際上這樣的微粒徑對(duì)于混凝土級(jí)配的填充效應(yīng)是有利的，因此有效利用這些石粉成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題.

文中研究不同石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(3%，5%，7%，9%，11%)對(duì)所配制的C70高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響，并通過(guò)微觀分析探究不同石粉含量下混凝土試樣的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和孔隙演變規(guī)律.

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與配合比

試驗(yàn)所用水泥為內(nèi)蒙古冀東P·O42.5水泥，初凝時(shí)間為135 min,終凝時(shí)間為275 min，細(xì)度為1.4%，和易性為1.2%；粉煤灰為內(nèi)蒙古京能Ⅱ級(jí)粉煤灰，密度為2.19 g/cm3，細(xì)度為20%；機(jī)制砂和碎石為內(nèi)蒙古路通石材有限公司生產(chǎn)的玄武巖機(jī)制砂及碎石，石粉也是該公司生產(chǎn)的玄武巖石粉，其化學(xué)成分中，Al2O3,SiO2,MgO,K2O,CaO,Na2O,Fe2O3,TiO2,FeO,MnO,P2O5質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12.73%,48.52%,8.97%,1.56%,9.05%,3.04%,7.20%,2.50%,4.63%,0.19%,0.58%.燒失量為0.51%.

本試驗(yàn)所用硅灰為內(nèi)蒙古閩澳新能源公司生產(chǎn)的細(xì)硅灰，其化學(xué)成分中，SiO2,SO3,Fe2O3,MgO,CaO,Na2O,TiO2,ZrO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為90.60%,0.11%,0.62%,0.36%,0.23%,0.18%,0.03%,6.20%.減水劑為江蘇點(diǎn)石聚羧酸高效減水劑，減水率為32%；機(jī)制砂混凝土調(diào)節(jié)劑由長(zhǎng)沙益友建筑科技有限公司提供；水為呼和浩特市自來(lái)水；本試驗(yàn)各配合比設(shè)計(jì)含量詳見(jiàn)表1所示.

表1 混凝土配合比

表1中，W/B為水膠比；ρ1為水泥密度；ρ2為水的密度；ρ3為機(jī)制砂密度；ρ4為天然砂密度；ρ5為碎石密度；ρ6為調(diào)節(jié)劑密度；w1為粉煤灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w2為石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w3為硅粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)；w4為減水劑質(zhì)量分?jǐn)?shù).

1.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2019)進(jìn)行混凝土試塊制備，分別澆筑成型為100 mm×100 mm×100 mm以及100 mm×100 mm×400 mm非標(biāo)準(zhǔn)混凝土試塊，采用電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)和WAW型微機(jī)控制電液伺服萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)混凝土試塊進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試，取每組配合比試塊(3塊)進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，最終結(jié)果取平均值.

1.3 微觀試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用紐邁MesoMR23-060V-I型核磁共振儀(NMR)，分別測(cè)定混凝土試件7,28 d的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)；采用德國(guó)耐馳STA449F3型的差熱-熱重同步熱分析儀測(cè)定試塊樣品及其可能產(chǎn)生的中間產(chǎn)物的組成、熱穩(wěn)定性等；采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行材料成分分析、微觀形貌觀察以及斷口失效分析等.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)工作性能的影響

表2為細(xì)集料對(duì)混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響,表中S為坍落度；E為擴(kuò)展度;fcu,k為混凝土抗壓強(qiáng)度；ftk為劈裂抗拉強(qiáng)度;fs為抗折強(qiáng)度.從表可知，混凝土工作性能方面，天然砂的各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于機(jī)制砂混凝土；在力學(xué)性能方面，天然砂的7 d抗壓強(qiáng)度高于機(jī)制砂混凝土；在28 d抗壓強(qiáng)度中，天然砂的抗壓強(qiáng)度不及機(jī)制砂混凝土.在劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)中，機(jī)制砂28 d強(qiáng)度較7 d增大2.08 MPa，天然砂強(qiáng)度增大1.28 MPa，在抗折強(qiáng)度試驗(yàn)中，機(jī)制砂28 d強(qiáng)度較7 d增大1.39 MPa，而天然砂強(qiáng)度增大1.2 MPa.這是天然砂的級(jí)配優(yōu)于機(jī)制砂導(dǎo)致，由于良好的級(jí)配，天然砂很好地填充了各集料之間的縫隙；但是隨著混凝土養(yǎng)護(hù)齡期的增加，達(dá)到28 d時(shí)，水化反應(yīng)基本完成，并且由于機(jī)制砂的硬度高于天然砂，機(jī)制砂在硬化過(guò)程中其咬合力強(qiáng)于天然砂，增長(zhǎng)的強(qiáng)度明顯高于天然砂配制的混凝土.

表2 細(xì)集料對(duì)混凝土工作性能及力學(xué)性能的影響

2.2 石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)力學(xué)性能的影響

表3為石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性能的影響，由表可知，工作性能方面，機(jī)制砂混凝土的包裹性和黏聚性隨著石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加逐步得到改善，但坍落度、擴(kuò)展度以及流動(dòng)性呈現(xiàn)下降趨勢(shì).圖1和圖2分別為抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，圖中F為強(qiáng)度.由圖1，2可知，隨石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，2個(gè)齡期的力學(xué)性能均有所增大；7 d和28 d抗壓強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度都呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，其中M-SP5的7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)13.13和23.54 MPa，增長(zhǎng)率分別達(dá)到17.35%和24.13%；劈裂抗拉強(qiáng)度為5.94 MPa，增長(zhǎng)率增大22.4%；相較基準(zhǔn)組M-SP0而言，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為M-SP7的混凝土抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大峰值102.20 MPa，同時(shí)7 d和28 d抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)10.54和28.19 MPa，增長(zhǎng)率達(dá)到14.42%和27.60%,抗折強(qiáng)度為9.33 MPa，增長(zhǎng)率增大2.2%；在劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)中，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9%的劈裂抗拉強(qiáng)度達(dá)到最低值,這是由于受混凝土制備過(guò)程中存在的操作不當(dāng)以及養(yǎng)護(hù)條件的影響；3種摻合料復(fù)摻均能有效增大混凝土力學(xué)性能，其中SP7組中混凝土的抗壓強(qiáng)度增大顯著；但抗折強(qiáng)度各項(xiàng)配合比增大不明顯.結(jié)合各指標(biāo)參數(shù)，初步得出石粉的最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～7%.

圖1 抗壓強(qiáng)度

圖2 劈裂和抗折強(qiáng)度

表3 石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土工作性能的影響

在工作性能方面，混凝土受石粉含量影響較大，當(dāng)石粉含量較低時(shí)，吸附在機(jī)制砂與碎石表面的石粉起到了潤(rùn)滑作用，減小了膠凝材料之間的摩擦，提高了混凝土的流動(dòng)性.但并不是意味著石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高越好，通過(guò)試驗(yàn)得出，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大導(dǎo)致石粉占用了較大的用水量以及硅灰和粉煤灰混合的超細(xì)粉過(guò)量，微粒間的黏結(jié)和咬合作用明顯減弱，流動(dòng)性和擴(kuò)展度受到影響.

混凝土中水泥的水化過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜、非均質(zhì)的多相化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，主要產(chǎn)物有水化硅酸鈣凝膠(C-S-H)、氫氧化鈣等.由于石粉中石灰石微粒成分對(duì)Ca(OH)2與C—S—H的早期水泥水化過(guò)程起結(jié)晶作用，能夠加快C3S熟料礦物的水化反應(yīng)過(guò)程，顯著提高混凝土的早期抗壓強(qiáng)度；且微集料顆粒進(jìn)入混凝土后可有效填充水泥微粒之間的縫隙，優(yōu)化級(jí)配，進(jìn)一步提升漿體與界面過(guò)渡區(qū)的致密程度.

2.3 核磁共振(NMR)試驗(yàn)結(jié)果

核磁共振儀器測(cè)量CPMG序列的自旋回波幅度，以檢測(cè)橫向磁化矢量衰減及不可恢復(fù)的散相.橫向磁化矢量衰減的時(shí)間常數(shù)稱為橫向弛豫時(shí)間，即T2；弛豫時(shí)間可以代表多孔介質(zhì)材料的孔隙分布情況，并反映樣品內(nèi)部氫質(zhì)子的束縛程度以及結(jié)構(gòu)，對(duì)于物質(zhì)內(nèi)部孔隙中的流體，有3種不同的弛豫機(jī)制：自由弛豫、表面弛豫以及存在梯度磁場(chǎng)時(shí)的擴(kuò)散弛豫；這3種作用同時(shí)存在，因此，孔隙流體的T2時(shí)間可以表示為

1/T2=1/T2自由+1/T2表面+1/T2擴(kuò)散，

(1)

式中：T2自由為在1個(gè)足夠大的容器中測(cè)到的孔隙流體的T2弛豫時(shí)間；T2表面為樣品表面弛豫引起的孔隙流體T2弛豫時(shí)間；T2擴(kuò)散為梯度磁場(chǎng)下擴(kuò)散引起的孔隙流體的T2弛豫時(shí)間.

對(duì)于多孔介質(zhì)材料，當(dāng)孔隙只含水且無(wú)梯度場(chǎng)時(shí)，則近似認(rèn)為T(mén)2弛豫時(shí)間與孔隙結(jié)構(gòu)特征成正比，橫向弛豫時(shí)間T2可以表示為

1/T2=ρ′2(S′/V)孔隙，

(2)

式中：ρ′2為橫向表面弛豫強(qiáng)度，μm/s；S′為孔隙表面積，μm2；V為孔隙體積，μm3；S′/V為比表面積.

弛豫的速率取決于質(zhì)子與表面碰撞的頻繁程度，即取決于孔隙的表面與體積之比(S/V).假定孔隙為理想球體，則S/V=3/rc(rc為孔隙半徑)，將其帶入式(2)可以將T2譜分布曲線圖轉(zhuǎn)化為孔徑分布圖.

2.3.1 NMR的T2譜

為分析各組配合比混凝土試樣的時(shí)變特性，借助核磁共振儀從孔隙半徑以及T2譜峰面積[7]等測(cè)定，全面分析孔隙結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的損傷變化.試驗(yàn)時(shí)試塊先進(jìn)行抽真空飽水24 h，待達(dá)到飽和狀態(tài)后進(jìn)行核磁共振試驗(yàn).

圖3為機(jī)制砂混凝土隨石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化,以及不同齡期下的T2譜分布曲線，圖中SA為信號(hào)幅度；t為弛豫時(shí)間.由圖3a可知，6種機(jī)制砂混凝土試塊曲線均呈現(xiàn)三峰狀態(tài).根據(jù)吳中偉等[8]提出孔徑尺度分為4種：孔徑大于103nm；孔徑為102～103nm；孔徑為10～102nm；孔徑小于10 nm.特征峰面積的大小代表了對(duì)應(yīng)孔徑的孔隙數(shù)量和大小，圖3中由左往右第1峰的峰下面積代表小孔徑占比，第2峰的峰下面積代表中等孔徑占比，第3峰的峰下面積代表大孔徑占比.從圖3a中可知，隨石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，T2譜總面積有大有小，其中SP9和SP3的三峰最高，各峰的孔隙占比也最高，與其他組相比，SP5和SP7的峰面積最小，這表明水化反應(yīng)生成的水化產(chǎn)物對(duì)孔隙起到了很好的填補(bǔ)作用，致使隨石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加整體孔徑逐漸減小，但不是石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)越高越好，由圖3a可知，SP0，SP3，SP9，SP11與SP5和SP7相比，這4組配比的T2譜總面積均高于SP5和SP7.

為進(jìn)一步探討SP5與SP7，開(kāi)展7 d的NMR試驗(yàn)，分布曲線如圖3b所示，相較于7 d，28 d的各峰峰值明顯下降，表明隨齡期增長(zhǎng)，水化反應(yīng)更加充分，更為合適.水化產(chǎn)物起到填充孔隙的作用，從而致使三峰峰面積顯著降低.SP5和SP7這2組7 d弛豫時(shí)間范圍：① 0.455～4 994.505，0.049～1 889.652 ms；② 0.056～2 025.502，0.053～2 494.508 ms.28 d的弛豫時(shí)間范圍：① 0.793～1 762.914，0.370～1 889.652 ms；② 0.069～2 025.520，1.047～3 529.707 ms，這表明機(jī)制砂混凝土隨齡期增加，T2譜會(huì)向右偏移.

圖3 機(jī)制砂混凝土NMR的T2譜分布曲線

2.3.2 NMR的孔隙半徑演變

圖4為機(jī)制砂混凝土在不同石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)PSD以及不同齡期下的孔隙半徑分布曲線.圖中Rp為孔隙半徑.

圖4 機(jī)制砂混凝土NMR的孔隙半徑分布曲線

由圖4a可知：機(jī)制砂混凝土在養(yǎng)護(hù)28 d后，孔徑分布曲線均呈現(xiàn)三峰趨勢(shì)，圖中由左往右第1峰峰面積由大到小依次為SP11,SP3,SP5,SP0,SP7,SP9；第2峰峰面積由大到小依次為SP5,SP3,SP9,SP7,SP11,SP0；第3峰峰面積由大到小依次為SP7,SP5,SP0,SP11,SP9,SP3.通過(guò)對(duì)三峰比較可知，小孔隙方面，SP9為最少組，SP5與SP7均處于中間位置；中等孔隙方面，SP5中等孔隙最多，SP0最少；大孔隙方面，SP7大孔隙最多，SP3最少；綜合比較各石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在不同摻量狀態(tài)下的孔隙可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪種孔隙，SP5與SP7均處于中間部位.為進(jìn)一步探討SP5與SP7孔徑分布情況，繪制了不同齡期孔徑分布曲線，如圖4b所示.由圖可知，特征峰面積明顯下降，隨著齡期增加，小孔隙占比逐漸減少，而中等孔隙和大孔隙占比逐漸增加，孔隙半徑分布曲線出現(xiàn)向右偏移的趨勢(shì).

根據(jù)吳中偉等[8]提出的對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)按孔徑尺寸劃分，孔徑<0.02 μm的孔為無(wú)害孔，孔徑為0.02～0.05 μm的孔為少害孔，孔徑為0.05～0.20 μm的孔為有害孔，孔徑>0.20 μm的孔為多害孔，故對(duì)不同石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及不同齡期下的混凝土的孔徑分類占比進(jìn)行了計(jì)算，如圖5所示.圖中AR為孔徑占比.

圖5 機(jī)制砂混凝土NMR的孔隙占比

從圖5a中可知：無(wú)害孔占比較高是SP7和SP5，占比最低是SP3，少害孔占比最高是SP7和SP5，占比最低是SP3，有害孔占比較高是SP3和SP5,占比較低是SP7和SP11，多害孔占比較高是SP3和SP9，占比較低是SP7和SP5.

為進(jìn)一步探究SP7與SP5的孔徑占比，計(jì)算了7 d和28 d齡期下孔徑占比，如圖5b所示.由圖5b可知，SP7質(zhì)量分?jǐn)?shù)28 d混凝土多害孔較7 d減少9%；有害孔減少7%；少害孔增加2%；無(wú)害孔增加13%；SP5質(zhì)量分?jǐn)?shù)28 d混凝土的多害孔較7 d的減少7%；有害孔減少4%；少害孔增加1%；無(wú)害孔增加2%；通過(guò)比較可知，SP7和SP5在孔徑占比方面為最優(yōu)組.

結(jié)果分析：SP5和SP7石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)混凝土孔徑結(jié)構(gòu)有優(yōu)化分布的效果，隨著養(yǎng)護(hù)齡期增長(zhǎng)，混凝土內(nèi)部的孔隙由水化反應(yīng)生成鈣礬石、C—S—H凝膠等物質(zhì)，很好地形成了相互交接的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步填充孔隙，使得孔隙半徑逐漸減小.

2.4 差熱-熱重同步試驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)對(duì)不同石粉含量試樣進(jìn)行差熱-熱重同步試驗(yàn)，得到混凝土差熱-熱重分析圖[9]，如圖6所示,圖中DTG為混凝土試驗(yàn)樣品每分鐘的質(zhì)量變化值，DTA為單位重量樣品在某溫度下造成的熱電偶電位差，TG為相對(duì)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)，TR為試驗(yàn)樣品的檢測(cè)溫度.由圖可知，標(biāo)養(yǎng)條件下機(jī)制砂混凝土各試驗(yàn)組的水化產(chǎn)物成分基本類似，60～70 ℃左右吸熱峰為鈣礬石脫去結(jié)合水過(guò)程，90～100 ℃左右吸熱峰是C-S-H凝膠首次脫離水分吸收熱量后形成；100～200 ℃的吸熱峰是C—S—H凝膠進(jìn)行2次脫離水分而形成；400 ℃左右吸熱峰是Ca(OH)2發(fā)生分解后吸收熱量脫去結(jié)合水而形成；600～650 ℃的吸熱峰為CaCO3受熱分解過(guò)程.

圖6 混凝土差熱-熱重分析圖(28 d)

表4為不同石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下機(jī)制砂混凝土各吸熱峰質(zhì)量損失，圖中Q1,Q2,Q3,Q4,Q5分別為吸熱峰1，2，3，4，5峰的質(zhì)量損失.由表可知，相比其他組，SP7的Ca(OH)2吸熱峰的質(zhì)量損失最低，SP5次之.與之對(duì)應(yīng)的C—S—H凝膠失去膠凝水與化學(xué)結(jié)合水的質(zhì)量損失最多；摻石粉的機(jī)制砂混凝土?xí)a(chǎn)生新生物質(zhì)Ca3(CO3)2(OH)2·1.5H2O,即堿性碳酸鈣.該物質(zhì)的生成使水化產(chǎn)物C3S和CaCO3微界面區(qū)結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，而Ca(OH)2在CaCO3表面生成晶體，致使Ca(OH)2晶粒細(xì)化，從而提高界面黏結(jié)作用.

表4 不同石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)下機(jī)制砂混凝土各吸熱峰質(zhì)量損失

2.5 場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡試驗(yàn)(SEM)結(jié)果分析

為能夠深入研究石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土力學(xué)性能影響，對(duì)28 d齡期下不同石粉含量的混凝土試件進(jìn)行掃描電鏡分析，微觀形態(tài)如圖7所示.

由圖7可知，SP0組界面區(qū)有明顯裂痕，界面區(qū)水化產(chǎn)物尺寸較大、結(jié)構(gòu)形態(tài)明顯松散，片層狀Ca(OH)2晶體在局部層聚，同時(shí)也可看到獨(dú)立裸露在外的粉煤灰顆粒；SP3組界面區(qū)微結(jié)構(gòu)形態(tài)疏松，水化產(chǎn)物之間連接不密實(shí)，呈現(xiàn)蜂窩狀形態(tài)且有裸露在外的粉煤灰微粒；SP5組與SP7組中，SiO2很好地起到了結(jié)晶作用，混凝土內(nèi)部形成以SiO2微粒為主體的交織框架結(jié)構(gòu)，并且SiO2與Ca(OH)2和C3S再次發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)度更高的C—S—H凝膠體，水化產(chǎn)物堆積致密均勻，界面過(guò)渡區(qū)得到明顯改善；SP9組結(jié)構(gòu)密實(shí)狀態(tài)顯著下降，雖然有膠凝物質(zhì)在生成，但沒(méi)有將孔隙填充，顆粒之間有明顯孔隙，形成空間空包狀態(tài)，宏觀表現(xiàn)為強(qiáng)度負(fù)效應(yīng)；SP11組雖生成絮狀C—S—H凝膠，但界面區(qū)有明顯縫隙和孔隙，結(jié)構(gòu)密實(shí)狀態(tài)下降，強(qiáng)度降低.

圖7 機(jī)制砂混凝土養(yǎng)護(hù)28 d后的微觀形態(tài)

結(jié)果分析：石粉具有晶核效應(yīng)，能夠在水泥水化的過(guò)程中與水泥中的C3A和C4AF發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水化碳鋁酸鈣，該新相能夠使界面進(jìn)一步密實(shí)，從而提高混凝土強(qiáng)度；但當(dāng)石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)一定范圍后，使得混凝土的微集料比偏離最佳值，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大產(chǎn)生的游離石粉會(huì)影響集料與水泥石的黏結(jié)，導(dǎo)致強(qiáng)度降低.

3 結(jié) 論

1)石粉包裹在機(jī)制砂與碎石表面，可以彌補(bǔ)二者表面的粗糙，減少摩擦，改善混凝土拌合物的包裹性；石粉、粉煤灰、硅灰和水泥之間可相互產(chǎn)生填充效應(yīng)，進(jìn)一步起到級(jí)配優(yōu)化作用.但隨著石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，石粉占用了較大的用水量，引起用水量增加，從而降低了混凝土拌合物流變性.

2)利用石粉等質(zhì)量代替機(jī)制砂能夠配制出滿足力學(xué)性能要求的高強(qiáng)機(jī)制砂混凝土，在保證水膠比不變的情況下，石粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～7%的混凝土力學(xué)性能指標(biāo)最佳.

3)石粉中堿性碳酸鈣的生成使水化產(chǎn)物C3S和CaCO3微界面區(qū)結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，而Ca(OH)2在CaCO3表面生成晶體，致使Ca(OH)2晶粒細(xì)化，從而提高界面黏結(jié)作用，使得界面過(guò)渡區(qū)得到明顯改善；結(jié)合宏觀與微觀試驗(yàn)，得出石粉最優(yōu)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～7%.