机制砂石粉的资源化利用不仅可以解决粉煤灰和矿渣粉等常用矿物掺合料资源的短缺问题,还可以推动机制砂混凝土高品质化绿色应用,已成为当前研究的重点。为探明不同岩性石粉对水泥基材料性能影响规律,促进石粉作为新型矿物掺合料在实际工程中的应用,本文以石灰岩、花岗岩、凝灰岩和石英岩机制砂为原料,经粉磨后获得相应岩性的石粉,采用微观分析和宏观性能测试相结合的手段,研究了不同岩性、掺量和细度的石粉对复合胶凝材料性能的影响及其作用机理,为不同岩性石粉作为掺合料的多元复合胶凝材料组成设计提供依据。取得的主要成果如下:(1)对比分析了不同岩性石粉在粒度分布、矿物组成和微观结构方面的差异,研究了不同岩性石粉的Zeta电位及其对减水剂的吸附。不同岩性石粉比表面积接近时,45μm筛余由大到小为凝灰岩石粉>花岗岩石粉>石灰岩石粉>石英岩石粉,花岗岩和石英岩石粉颗粒的棱角性要高于石灰岩和凝灰岩石粉。石粉的矿物组成对Zeta电位和减水剂吸附率影响较大,石灰岩石粉矿物组成为方解石,结构致密均匀,对减水剂的吸附率低于水泥,方解石较高的溶解度使石灰岩石粉Zeta电位负电性增加,颗粒间的斥力作用增强;石英岩石粉主要成分为石英,含有少量的杂质,表面光滑致密,Zeta电位绝对值较小,对减水剂的吸附率略高于水泥;凝灰岩石粉的主要矿物组成为石英和沸石,表面织构粗糙,Zeta电位负电性和减水剂吸附率均随时间增加明显增大;花岗岩石粉的主要组成矿物为石英、长石和云母,Zeta电位负电性明显,云母矿物的插层吸附使花岗岩石粉对减水剂的吸附率明显高于其他几种岩性石粉。(2)研究了石粉的岩性、掺量和细度对复合胶凝材料浆体性能的影响。石灰岩石粉有利于改善浆体的工作性能,石英岩石粉对浆体的工作性能不利影响较小,凝灰岩石粉不利于浆体流动度保持,花岗岩石粉对浆体的工作性能不利影响显著。当石粉比表面积为370m~2/kg左右时,对于浆体的初始流动度,石灰岩和凝灰岩石粉有一定的提升作用,石粉在掺量为30%时效果最明显,且石灰岩石粉的提升作用优于凝灰岩石粉,石英岩石粉对浆体初始流动度影响较小,花岗岩石粉则明显降低浆体的初始流动度;对于浆体的流动度保持性,石灰岩石粉有助于流动度的保持,凝灰岩和花岗岩石粉均不利于流动度的保持,含花岗岩石粉和较大掺量的凝灰岩石粉的浆体经时损失较大,石英岩石粉-水泥浆体的经时损失较小。石粉比表面积增加,石灰岩、石英岩和凝灰岩石粉-水泥浆体初始流动度降低,经时损失显著增加,凝灰岩石粉比表面积增加对浆体工作性能的不利影响最显著,花岗岩石粉比表面积增加对浆体流动度及其经时损失影响较小。石粉-水泥复合胶凝材料的标准稠度用水量与石粉的MB值和颗粒分布有关,石粉的MB值越大,颗粒分布越窄,则标准稠度用水量越高。(3)研究了石粉的岩性和细度对复合胶凝材料浆体水化进程的影响。石灰岩和凝灰岩石粉缩短了浆体的凝结时间,而花岗岩和石英岩石粉延长了浆体的凝结时间;随着石粉细度增加,复合胶凝材料浆体的凝结时间减小,当石粉比表面积在500或700m~2/kg左右时,含花岗岩和石英岩石粉的复合胶凝材料浆体的凝结时间与基准组相当。当石粉比表面积为370m~2/kg左右时,含凝灰岩石粉的复合胶凝材料浆体的水化放热量明显高于其他三种岩性石粉,其原因可能是凝灰岩石粉具有一定的火山灰活性;当石粉比表面积为500m~2/kg左右时,不同岩性石粉-水泥复合胶凝材料浆体的水化放热量有不同程度的增加,总放热量由大到小依次为石英岩石粉>石灰岩石粉>花岗岩石粉>凝灰岩石粉;当石粉比表面积为700m~2/kg左右时,由于石粉过细,对水泥的分散作用减弱,石英岩、石灰岩和花岗岩石粉-水泥复合胶凝材料浆体的水化放热量降低,而该细度下凝灰岩石粉的火山灰活性较高,凝灰岩石粉-水泥复合胶凝材料浆体的水化放热量升高。(4)研究了石粉的岩性和细度对复合胶凝材料胶砂性能及其干燥收缩性能的影响。当石粉比表面积在370m~2/kg左右时,不同岩性石粉-水泥胶砂的28d抗压强度由大到小依次为凝灰岩石粉>石灰岩石粉>花岗岩石粉>石英岩石粉;当石粉比表面积在500m~2/kg左右时,石粉化学作用对抗压强度的影响减弱,填充作用和颗粒形貌对抗压强度的影响增加,其中石英岩石粉-水泥胶砂的抗压强度增加最显著;当石粉比表面积在700m~2/kg左右时,石粉对水泥的分散作用减弱,石灰岩、花岗岩和石英岩石粉-水泥胶砂的抗压强度下降,而该细度下凝灰岩石粉火山灰活性增加,颗粒尺寸相对较大,因此凝灰岩石粉-水泥胶砂抗压强度增大;石粉细度变化对复合胶凝材料的水化放热量和28d抗压强度影响一致。不同岩性石粉均有助于减少水泥胶砂的干燥收缩,降低开裂风险,随比表面积增加,石粉对干燥收缩的降低作用减弱,石粉-水泥胶砂的总孔隙率和10~50nm孔径占比越大,干燥收缩越大。综合考虑石粉的磨耗成本及对水泥基材料性能的影响,石英岩和花岗岩石粉最佳比表面积在500m~2/kg左右,而石灰岩和凝灰岩石粉的最佳比表面积在370m~2/kg左右。(5)为进一步指导花岗岩和凝灰岩石粉的应用,降低其对水泥基材料工作性能的不利影响,研究了石粉-粉煤灰/矿渣粉-水泥复合胶凝材料体系的性能。粉煤灰和矿渣粉能明显改善石粉-水泥复合胶凝材料浆体的工作性能,其中粉煤灰的改善作用优于矿渣粉;粉煤灰和矿渣粉均提高了石粉-水泥复合胶凝材料胶砂的抗压强度,且矿渣粉提高程度更显著,石粉和粉煤灰或矿渣粉以不同比例复掺后活性指数都大于70%,满足复合掺合料的标准要求。以强度为评价指标,推荐最佳复掺比例为:花岗岩石粉:粉煤灰/矿渣粉=1:2,凝灰岩石粉:粉煤灰/矿渣粉=2:1。