（6）减水剂：减水剂为保坍型减水剂，由北京榆树庄构件厂提供，实测固含量为 25%，减水率为 31%。

（7）石粉与粘土：高吸附性石粉选择凝灰岩石粉，蒙脱土选择南方地区的红壤土（以下简称粘土），与石灰石粉（吸附性低）进行对比研究。石灰石粉（SHS）、凝灰岩石粉（NHY）和粘土泥粉（NF）细度、需水量比和亚甲蓝值指标如表 4 所示。

对三种粉体进行激光粒度和 XRD 试验，分析其粒径分布与主要矿物成分，结果如图 1 与图 2 所示。

由图 1 可以得出，粘土的 D 50 和 D 90 均比另外的两种石粉小一些。总的来看，对于颗粒粒径的具体分布尺寸而言，粘土和石灰石粉与凝灰岩石粉相比要小。从图 2 中可以看出粘土含有蒙脱石和云母，凝灰岩石粉成分为石英和沸石类矿物，而对于石灰石粉，它的矿物成分单一，主要为碳酸钙。

1.2 试验设计

（1）凝灰岩石粉、石灰石粉、粘土分别按照外掺掺量为 20% 和 40% 等质量替代混凝土中砂用量，并配制 C30 和 C50 混凝土。混凝土配合比见表 5。混凝土控制坍落度在 180～200mm 之间。

（2）新拌混凝土工作性通过控制坍落度对比减水剂的用量表征，力学性能依据 GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定，耐久性指标依据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》完成试验。

2 试验结果及分析

2.1 高吸附性石粉与蒙脱土对混凝土工作性的影响

试验采用外掺法掺入石灰石粉、凝灰岩石粉以及粘土等质量替代砂进行混凝土工作性能、力学性能及耐久性的研究，通过控制外加剂掺量使混凝土坍落度维持在 180～200mm，通过外加剂的掺量变化研究石灰石粉、凝灰岩粉和粘土对混凝土工作性的影响，得出的结果可见表 6，将表 6 所示结果绘成柱状图见图 3。

试验结果表明：石灰石粉在细骨料中掺量为 20% 时，C30 混凝土外加剂用量降低，在细骨料中替代量为 40% 时混凝土外加剂用量有所提高，但相对基准组提高幅度不大，而凝灰岩石粉会显著增大外加剂用量；在细骨料中掺入 20% 和 40% 粘土会使混凝土的外加剂用量提高几倍，并会使混凝土流动性出现减小的趋势。此外，经过研究发现石灰石粉吸附性小，需水量比小，因此适当替代量就能使混凝土的工作性得到较大改善；凝灰岩石粉具有很强的吸附性，会较大程度的吸附混凝土中水和外加剂，从而使减水剂的分散性能减弱，且水泥浆体包裹能力变差，最终对混凝土和易性产生一定的影响[9]；而粘土的吸附性更大，对水以及减水剂的吸附量非常大，C30 外加剂增大 275%～645%；C50 外加剂增大 179%～452%，从而会显著影响混凝土的工作性。

2.2 高吸附性石粉与蒙脱土对混凝土力学性能的影响

2.2.1 高吸附性石粉与蒙脱土对混凝土强度的影响

混凝土试配完成并测定坍落度后装模，在 (20± 5)℃ 温度环境中带模静置一天，第二天拆模后将试块置于标准养护室进行养护，分别在 3d、7d、28d 三个龄期取出三个试块测定不同龄期下的立方体抗压强度，试验结果如表 7 所示。根据试验结果绘制不同组别、不同龄期的抗压强度图，如图 4、图 5 所示。

试验结果显示石灰石粉、凝灰岩石粉的掺入对混凝土的早、中期强度的影响基本相当。通过分析和研究，发现引起这种现象的主要原因是石灰石粉在某些条件下可以发生晶核效应[10]，所以混凝土早期强度得到 了一定程度的提高。相比石灰石粉，凝灰岩石粉对于 C30 混凝土强度的影响不大，对 C50 混凝土强度有些影响，但降低幅度有限。较大石灰石粉、凝灰岩石粉的掺入会使混凝土 28 天强度总体上有一定程度的降低，但不显著，仍基本满足强度等级要求，这与较低水胶比条件下微细颗粒散布在混凝土中拉近了颗粒间距，有利于分子力提高有关。但是粘土是软弱颗粒，与水泥基材料相容性差，粘土失去水分后体积出现了很大收缩，使得混凝土的内部缺陷增多，强度大幅度降低。

2.2.2 高吸附性石粉与蒙脱土对混凝土早期收缩的影响

测定 C30 混凝土各个龄期收缩变形数据，结果见表 8。

将试验所得收缩值经规范处理得出收缩率为纵坐标，龄期为横坐标，绘得收缩曲线如图 6 所示。

试验结果表明：与基准组相比，掺石灰石粉混凝土组早期收缩并没有增大，凝灰岩石粉混凝土组早期收缩有所增大，粘土混凝土组早期收缩显著增大。分析认为主要是由于粘土的吸附性很大，当进行混凝土拌合的时候，粘土先吸附的是自由水和减水剂，大大减弱了混凝土中水的分散润滑效果和增加了减水剂的使用量，在吸附阶段的时候吸附—分散—润滑的减水机理受到了阻碍，而且粘土在干燥失水后会出现比较大的体积收缩，从而导致混凝土收缩较大。凝灰岩石粉相对于石灰石粉吸附性较大，所以掺凝灰岩石粉混凝土收缩率也有所增大。石灰石粉表面能低、吸附性低、分散性好，所以掺石灰石粉混凝土收缩较小。

2.3 高吸附性石粉与蒙脱土对混凝土耐久性的影响

2.3.1 高吸附性石粉与蒙脱土对混凝土碳化的影响

将成型的试件置于标准养护室养护 28d，并提前两天将试件置于 60℃ 的烘箱中烘干两天，随后做好标记将试件置于碳化箱中，分别在 3d、7d、14d 取出劈开，在劈裂面滴定 1% 的酚酞试剂测定碳化深度，试验结果如表 9 所示。

将试验所得碳化深度值作为纵坐标，龄期为横坐标，绘成混凝土碳化深度折线图如图 7 所示。

试验结果表明，石灰石粉和凝灰岩石粉混凝土组与基准组相比碳化深度增大不多，而粘土因为具有高吸附性，在凝结硬化之后强度低且存在较大程度上的体积收缩，缺陷多，因此抗碳化能力大幅度降低[11]。

2.3.2 混凝土电通量

试件于标养室养护 28d 后，将 100mm×100mm× 100mm 的试件切割成 50 mm×100 mm×100mm 用于做抗氯离子渗透试验，三个为一组，试验结果见表 10。

根据规范电通量在 1000～2000C 之间，混凝土的抗氯离子渗透等级为很低，电通量在 2000～4000C 之间，混凝土的抗氯离子渗透等级为低。从表 10 中数据可以看出，替代细骨料 20% 的石灰石粉和凝灰岩石粉混凝土能提高混凝土抗氯离子渗透性能，大掺量的石灰石粉和凝灰岩石粉会降低混凝土的抗氯离子渗透能力，对 C30 混凝土降低程度更明显；粘土将显著降低混凝土的抗氯离子渗透能力。石粉不仅具有填充效应，而且可以参与二次水化反应，因此在适当掺量可以增强界面、改善孔隙，提高混凝土的致密度，然而在掺量过大时，会导致混凝土骨架削弱，缺陷增多，对氯离子渗透通道的阻碍作用降低，故电通量较大[12-15]。粘土一方面在混凝土拌合过程中会吸收大量的水和吸附大量的减水剂，包裹在胶凝材料表面，阻碍了水泥的水化，削弱了骨料与胶凝材料之间的连接，进而削弱了界面过渡区；另一方面粘土极易失水，失水后体积收缩，缺陷很多，在混凝土内部形成渗水通道，从而电通量较大，抗氯离子渗透性能降低。

3 结论

（1）高吸附性机制砂石粉和蒙脱土化学成分、矿物相、MB 值、需水行为有显著差异。

（2）石灰石粉吸附性最低，外加剂用量最少。高吸附性机制砂石粉吸附性较大，混凝土达到大流动性时外加剂用量增大，但蒙脱土吸附性非常大，混凝土外加剂用量成几倍增长，差异很大。

（3）高吸附性机制砂石粉和石灰石粉对于混凝土强度的影响相当，而相比石粉，粘土则大幅度降低混凝土强度。

（4）高吸附性机制砂石粉混凝土收缩有所增大，而粘土对混凝土早期收缩影响非常大，石灰石粉混凝土的收缩最小。

（5）高吸附性机制砂石粉和石灰石粉对混凝土碳化影响较小，而粘土会显著降低混凝土抗碳化能力。

（6）20% 石粉替代机制砂混凝土电通量较基准组有所降低，粘土会大幅度提升混凝土电通量。

总体上说，高吸附性机制砂石粉（片麻岩、凝灰岩、花岗岩）与蒙脱土本质上不是一种物质，所以我们对待高吸附性机制砂石粉的态度不应与蒙脱土（泥）相同，在技术条件许可的情况下，20% 以下的高吸附性机制砂石粉在砂浆和混凝土中应用具有技术可行性，而蒙脱土则不然，必须严格限制。

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