特別策劃：石灰石粉在商品混凝土中應(yīng)用

編者按：我國商品混凝土產(chǎn)量在近十年期間有了突飛猛進(jìn)的增長，目前各地已出現(xiàn)原材料緊缺的現(xiàn)象，做為商品混凝土不可缺少的礦物摻合料如粉煤灰、礦粉在一些地區(qū)也日益緊缺。石灰石粉目前已成為新型的礦物摻合料，因其容易獲得，性價比高等原因在行業(yè)內(nèi)逐漸得到應(yīng)用。目前已編制的《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》即將在今年下半年發(fā)布實(shí)施。但石灰石粉也存在活性低、含泥量高等問題，使得其在混凝土中的應(yīng)用需要通過實(shí)踐進(jìn)行驗(yàn)證。本期特別策劃希望能邀請相關(guān)專家和企業(yè)技術(shù)人員對石灰石粉的應(yīng)用提出自己的意見和看法。

張偉（臨沂大學(xué)建筑學(xué)院，副教授）

（1）石灰石粉作為一種產(chǎn)品，質(zhì)量指標(biāo)如含水量、細(xì)度、碳酸鈣含量、泥含量等應(yīng)該有說明（該限制的指標(biāo)規(guī)范要限制），而且質(zhì)量指標(biāo)要穩(wěn)定；

（2）石灰石粉的摻量多少，要根據(jù)具體工程的外在環(huán)境、施工部位、耐久性要求等經(jīng)過試驗(yàn)確定；

（3）石灰石粉，作為摻合料的一種，一般應(yīng)該與粉煤灰或礦粉雙摻，為疊加發(fā)揮“形態(tài)效應(yīng)、微集料效應(yīng)和活性效應(yīng)”創(chuàng)造條件；

（4）目前市場上出現(xiàn)混凝土“強(qiáng)效劑”、“增效劑”、“增強(qiáng)劑”、“減膠劑”等新型混凝土輔助外加劑，這類外加劑一般都具有激發(fā)混凝土摻合料水化的作用，可以考慮摻入以發(fā)揮石灰石粉作為新型摻合料的作用；

（5）混凝土實(shí)驗(yàn)室，針對新型摻合料石灰石粉，應(yīng)該多做試驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證，全面考察混凝土長期的力學(xué)性能，耐久性能，確保工程質(zhì)量。

李福平(自貢永利干粉砂漿有限公司，技術(shù)經(jīng)理）

近年來，由于混凝土產(chǎn)量大幅增長及粉煤灰等摻合料的緊缺，磨細(xì)石灰石粉在我國混凝土行業(yè)中得到應(yīng)用，《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的發(fā)布使得這一新材料在應(yīng)用方面得到規(guī)范。需要注意的是，石灰石粉需要一定的細(xì)度，要使石灰石粉具有較好的活性和經(jīng)濟(jì)性，需要將石灰石粉細(xì)度控制在一定范圍內(nèi)。比較準(zhǔn)確的表示石灰石粉細(xì)度的指標(biāo)是比表面積，試驗(yàn)表明磨細(xì)石灰石粉的比表面積宜控制在 600～800cm2/g 內(nèi)，低于 600cm2/g 則活性太低，這樣磨細(xì)的石灰石粉具有較好的活性和較低的生產(chǎn)成本。另外在磨細(xì)石灰石粉生產(chǎn)過程中還應(yīng)控制含泥量，應(yīng)選用潔凈的石灰?guī)r進(jìn)行粉磨，含泥量過高會嚴(yán)重影響混凝土性能，如泥粉吸附外加劑造成混凝土坍落度損失過大，活性下降。在使用過程中還應(yīng)對進(jìn)場的石灰石粉進(jìn)行外加劑適應(yīng)性試驗(yàn)，防止適應(yīng)性不好出現(xiàn)質(zhì)量問題。磨細(xì)石灰石粉極易受潮，并且受潮后易結(jié)團(tuán)，不宜儲存太長時間。石灰石粉在混凝土中科學(xué)、合理地應(yīng)用，極大地拓展了混凝土摻合料的來源，可以減少水泥用量，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、降耗、低碳和可持續(xù)發(fā)展。

吳慶嘉（昆山宏基混凝土有限公司，總工程師）

石灰石粉能不能摻入預(yù)拌混凝土中？石灰石的主要成分是 CaCO3，其 CaO 含量一般超過 45%，是水泥生產(chǎn)的主要原材料，在生產(chǎn)水泥時 CaCO3分解主要生成硅酸鹽礦物。早期水泥廠也有將石灰石粉摻入水泥中。但任何材料的使用都需要在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上了解其產(chǎn)生的效果及量度。從相關(guān)資料試驗(yàn)中我們可以找到石灰石粉單摻可促使其膠材水化加快，當(dāng)摻量達(dá)到 50% 時機(jī)理發(fā)生改變，影響很大。適量摻入石灰石粉的混凝土早期強(qiáng)度有所提高，而后期強(qiáng)度相差不多或略有提高。由此可推定大體積混凝土并不適宜于多摻石灰石粉?；炷林袚饺敕勖夯业耐瑫r適量摻入石灰石粉較為合理。

其二，有試驗(yàn)表明石灰石粉與粉煤灰摻量相同時，其復(fù)合膠材的抗壓強(qiáng)度高于摻粉煤灰的，但摻量 ≥30% 時水化活性效應(yīng)低于 1，后期更低，而粉煤灰與石灰石粉復(fù)合使用時高于前二者。石灰石粉小摻量對抗折強(qiáng)度影響不大，但隨石灰石粉摻量增大抗折強(qiáng)度會明顯下降，同時脆性系數(shù)也有提高。

其三，達(dá)到一定細(xì)度少量石灰石粉顆粒與水泥、粉煤灰、外加劑等充分?jǐn)噭蚍稚⒆饔孟?，顆粒粉體之間發(fā)生緊密堆積效應(yīng)和填充效應(yīng)，可適量減少混凝土用水量，改善混凝土孔結(jié)構(gòu)，使混凝土內(nèi)部更加密實(shí)，這可能是由于石灰石粉改善硅酸鈣凝膠 Ca/Si 比，促進(jìn)了礦物水化機(jī)理。

蔣正武（同濟(jì)大學(xué)先進(jìn)土木工程材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，博士）

石粉是機(jī)制砂中粒徑小于 0.075mm 的微細(xì)顆粒。石粉與泥粉有所不同，它與機(jī)制砂為同一母巖，礦物組成相同，是機(jī)制砂的一部分。目前，許多工程技術(shù)人員對機(jī)制砂中的石粉缺乏了解和認(rèn)識，將石粉和泥粉混為一談，導(dǎo)致工程上限制或?yàn)E用石粉，往往帶來非預(yù)期效果。因此，正確認(rèn)識石粉特性是其在混凝土中成功應(yīng)用的關(guān)鍵。

石粉特性與母巖密切相關(guān)。不同母巖制備的石粉特性不一定一樣。目前，工程上廣泛使用的主要是石灰?guī)r石粉、砂巖石粉等。而玄武巖石粉與石灰?guī)r石粉特性完全不同，因此，在應(yīng)用中不應(yīng)簡單等同。

一般，適量石粉可以改善混凝土工作性、降低需水量，改善混凝土力學(xué)性能，改善混凝土的抗氯離子滲透性能和抗凍性能，對混凝土后期收縮具有一定抑制作用等。但一般石粉在混凝土中主要起填充料作用，基本上不參與水泥水化，并且對水化進(jìn)程影響很小。但當(dāng)石粉摻量過高時，其對混凝土性能的負(fù)面影響就會逐漸顯現(xiàn)出來，尤其對力學(xué)性能及長期耐久性等。

在實(shí)際應(yīng)用中，控制石粉的品質(zhì)也是應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。品質(zhì)關(guān)鍵參數(shù)應(yīng)控制含泥量、細(xì)度等指標(biāo)是確保其在實(shí)際應(yīng)用中混凝土質(zhì)量的重要保證。

正確把握石粉這幾個方面的特性，是指導(dǎo)其在商品混凝土中合理、正確應(yīng)用的關(guān)鍵。

田先忠（成都勘測設(shè)計(jì)研究院科研所，高級工程師）

目前很多工程建設(shè)項(xiàng)目受到材料運(yùn)輸成本的限制，在混凝土設(shè)計(jì)思路上希望使用當(dāng)?shù)氐亩栊曰蛘卟糠只钚允廴〈勖夯叶直仨氝_(dá)到大體積混凝土的施工要求?；炷林袚饺胧?，從某個角度來說相當(dāng)于提高了人工砂中的石粉含量，無法全部作為膠材使用，石粉只是部分發(fā)揮其填充作用。國家標(biāo)準(zhǔn)對拌制混凝土中石粉含量做了嚴(yán)格的限制，含量過多的石粉對混凝土的性能有著不利的影響。

目前從生產(chǎn)機(jī)制砂的統(tǒng)計(jì)情況來看，未經(jīng)處理的機(jī)制砂石粉含量一般約為 30%～45%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范的要求，多余的石粉，要通過篩分和水洗的方式清除，數(shù)據(jù)顯示，美國每年有四十億噸石粉被堆積在采石場附近，國內(nèi)雖然沒有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，但近年來國內(nèi)基礎(chǔ)建設(shè)的大規(guī)模推進(jìn)，隨之產(chǎn)生的石粉數(shù)目也將達(dá)到數(shù)十億/每年的規(guī)模，這樣大規(guī)模的石粉堆積，數(shù)量不斷增加，久而久之對環(huán)境的污染會越來越嚴(yán)重。

《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》已經(jīng)頒布，這將規(guī)范石粉在混凝土中的運(yùn)用技術(shù)，但石粉在混凝土中的運(yùn)用技術(shù)仍有幾個問題需要進(jìn)一步探討：

1 石粉細(xì)度的表征方法

一般用細(xì)度（45μm 方孔篩篩余）來表征石粉的級配，細(xì)度和比表面積存在一定的換算關(guān)系，用細(xì)度（45μm 方孔篩篩余）來表征對石粉的級配還是存在理論上的缺陷，試驗(yàn)證明，當(dāng)石粉的比表面積達(dá)到一定程度，磨細(xì)石粉取代水泥可以達(dá)到用 Ⅱ 級粉煤灰取代水泥強(qiáng)度的效果，當(dāng)石粉細(xì)度達(dá)到納米級，材料性能會發(fā)生質(zhì)變。因此，用比表面積來表征石粉的細(xì)度更科學(xué)。

2 石粉摻量對混凝土抗裂性能的影響

目前國內(nèi)對石粉材料應(yīng)用的研究大多集中于對石粉含量限制的挑戰(zhàn)，規(guī)范更多要求了摻石粉混凝土的強(qiáng)度性能，對抗裂性能的要求明顯不足，石粉在混凝土中的應(yīng)用，最大的問題是會降低混凝土的抗裂性能，如極限拉伸值下降幅度較大，彈性模量提高較多。大體積混凝土設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)將抗裂性能作為第一指標(biāo)考慮，硅粉給定的石粉最大摻量為 30%，通過混凝土試驗(yàn)，對抗裂性能的影響太大。目前，鮮有大體積混凝土摻加 30% 石粉的工程應(yīng)用案例。

3 石粉的表面改性

表面改性技術(shù)是采用化學(xué)的、物理的方法改變材料表面的化學(xué)成分或組織結(jié)構(gòu)以提高材料性能的一類處理技術(shù)。表面改性主要有四種方法：機(jī)械力化學(xué)改性、包膜法、偶聯(lián)劑法和無機(jī)納米包覆改性法。

目前，很多商品混凝土工廠將石粉和硅粉在球磨機(jī)混磨后取代粉煤灰使用，利用機(jī)械力將兩種材料表面“融化”而合成，就是機(jī)械力化學(xué)改性方法的原始做法，雖不規(guī)范但使用效果明顯。

石粉表面改性將對石粉在混凝土中的應(yīng)用起到革命性的推動作用，對石粉賦予部分表面作用，例如表面的微活性、表面的親水性、表面的粘結(jié)性或顆粒激發(fā)作用等，可以達(dá)到改性石粉作為膠材使用的目的，對提高混凝土的密實(shí)性、力學(xué)性能，降低水化熱溫升、提高抗裂性能是有利的。

根據(jù)技術(shù)的發(fā)展和工程需求，進(jìn)一步研究《改性石粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》是非常有必要的。

劉娟紅（北京科技大學(xué)，教授）

石灰石粉作為混凝土摻合料，有其重要的特點(diǎn)：其一，較純的石灰石粉（粘土含量低、碳酸鈣含量較高），需水量比低，可以大大降低混凝土單位體積用水量；其二，較細(xì)的細(xì)度，在混凝土中能更好的發(fā)揮微集料效應(yīng)；其三，可以大幅度降低高強(qiáng)混凝土的粘性，降低泵送壓力，提高可泵性。評價石灰石粉質(zhì)量的好壞，首先應(yīng)看其亞甲藍(lán)值（MB值），MB 值小，粘土質(zhì)含量少，吸附性能小。

有人認(rèn)為：應(yīng)限制石灰石粉使用。理由是：石灰石粉活性低且會導(dǎo)致碳硫硅鈣石的生成和腐蝕。筆者的觀點(diǎn)如下：

1 活性的問題

長期以來很多人致力于對提高礦物摻合料“活性指數(shù)”以及開發(fā)“活性激發(fā)劑”，過去這樣做可以理解，如果現(xiàn)在還這么認(rèn)為則說明對現(xiàn)代混凝土膠凝材料活性認(rèn)識方面存在一定的誤區(qū)。

二十多年前，我國的水泥活性低，混凝土的水灰比又較大，因此使用摻合料就需要關(guān)心其活性大小。如今的情況已發(fā)生了很大的變化。一方面，水泥活性的大大提高，粉磨細(xì)度高、又增加了早強(qiáng)成分，導(dǎo)致在較低水膠比時水泥用量高的混凝土 28d 后的強(qiáng)度不增長或倒縮現(xiàn)象。另一方面，由于高效減水劑等化學(xué)外加劑和礦物摻合料日益廣泛地應(yīng)用，大幅度降低混凝土水膠比，以獲得工程所要求的早期強(qiáng)度已經(jīng)不是什么難題，但這類混凝土早期開裂敏感度很大，工程中早期開裂的現(xiàn)象比比皆是。

高細(xì)度、低活性的石灰石粉屬于活性低的摻合料，可以減小溫度應(yīng)力，改善混凝土早期開裂敏感度。其顆粒比水泥顆粒小，具有良好的形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)，表面光滑的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散作用，促使水泥顆粒的解絮；同時部分水泥被取代，水泥的用量降低，整個體系反應(yīng)速度也隨之減緩，因此工作性能得到改善，減小了坍落度的損失。石灰石粉填充在水泥顆粒之間，改善了膠凝材料的顆粒級配；另外填充在界面的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)更為致密，提高了水泥石強(qiáng)度和界面強(qiáng)度。

因此，在選用摻合料時不要過分強(qiáng)調(diào)“活性指數(shù)”，應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級、水膠比、結(jié)構(gòu)尺寸來選用摻合料。在礦物摻合料的發(fā)展方向上應(yīng)走出“活性指數(shù)”的誤區(qū)，根據(jù)需要，選擇具有不同潛在活性的礦物摻合料。

2 石灰石粉導(dǎo)致碳硫硅鈣石的生成和腐蝕問題

本世紀(jì)初有專家引入了有關(guān)混凝土碳硫硅鈣石硫酸鹽侵蝕病害的新的理念，后來證實(shí)了在中國的廣大土地上也存在這一混凝土病害。由于我國碳酸巖石（石灰?guī)r，白云巖）分布廣泛，于是在沿海和西部干旱鹽堿地區(qū)，地下水或土壤富含硫酸根時，就可能發(fā)生此類病害。

碳硫硅鈣石形成條件：

（1）存在硅酸鈣，如 C3S 或C2S。存在硫酸鈣，如石膏、半水石膏或無水石膏。（2）存在碳酸鈣、方解石。（3）充足的水。（4）長期低溫，低于 10℃，特別是0～5℃。

長期低溫硫酸鹽環(huán)境中可能發(fā)生碳硫硅鈣石型腐蝕。這一腐蝕的發(fā)生也是有條件的，利用品質(zhì)良好的石灰石粉作為合料的混凝土水化溫升低、用水量低、收縮小，混凝土抗裂性較好，尤其在低水膠比下此類反應(yīng)發(fā)生的風(fēng)險不大。

筆者在高校 2 年針對 10% 硫酸鎂溶液浸泡相關(guān)試驗(yàn)表明：在水膠比小于 0.4，石灰石粉摻量 20% 的混凝土試塊發(fā)生了以石膏侵蝕為主導(dǎo)的破壞，沒有發(fā)生碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕。

我們一方面應(yīng)該注意不斷深入研究這種侵蝕發(fā)生的條件；另一方面也應(yīng)該意識到在現(xiàn)代混凝土技術(shù)條件下這種腐蝕發(fā)生的概率非常低，不應(yīng)該談虎色變，我國目前發(fā)現(xiàn)的此類工程病害極少，且不是近年的建設(shè)項(xiàng)目。不宜依據(jù)一些實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)結(jié)論就在標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中過度防范。就像堿骨料反應(yīng)那樣，導(dǎo)致工程界的同仁質(zhì)問：“堿骨料病害呀，你在哪里？”這樣做不利于資源合理利用。在資源壓力越來越大的形勢下，我們不能總是“紙上談兵”！

當(dāng)然，我們必須認(rèn)識到并不是所有的石灰石粉都具有明顯的減水和分散效果，例如：氧化鎂含量較高的白云巖，這樣的石灰石粉并不是不可以用，只不過技術(shù)效果與Ⅱ級粉煤灰相當(dāng)。

鄧春林（重慶拉法基智深混凝土有限公司，工程師）

（1）石灰石粉活性與細(xì)度的關(guān)系、細(xì)度與成本的關(guān)系

研究表明，要使石灰石粉具有較好的活性和經(jīng)濟(jì)性，需要將石灰石粉細(xì)度控制在一定范圍內(nèi)。比較準(zhǔn)確的表示石灰石粉細(xì)度的指標(biāo)是比表面積，試驗(yàn)表明，當(dāng)磨細(xì)石灰石粉的比表面積低于 600cm2/g 時，其活性會呈現(xiàn)直線下降；而當(dāng)磨細(xì)石灰石粉比表面積大于 900cm2/g 后，其活性增長非常微弱，同時粉磨石灰石粉的電耗會急劇上升，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加。因此磨細(xì)石灰石粉的比表面積宜控制在600～900cm2/g 內(nèi)，這樣磨細(xì)石灰石粉既具有較好的活性也具有較低的生產(chǎn)成本，也就具有了一定的經(jīng)濟(jì)性和使用價值，能夠應(yīng)用于混凝土中，降低混凝土成本和提高混凝土性能。對于外購磨細(xì)石灰石粉的商品混凝土企業(yè)來說，在材料購買合同中就一定要約定一些重要的質(zhì)量指標(biāo)，其中石灰石粉的細(xì)度就是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，它關(guān)系到混凝土成本和質(zhì)量，如果細(xì)度達(dá)不到要求，最終會影響混凝土的一系列性能；對于自行生產(chǎn)磨細(xì)石灰石粉的商品混凝土企業(yè)來說，對細(xì)度的控制就比較方便了，綜合考慮生產(chǎn)成本來確定最佳的細(xì)度，如果在進(jìn)行粉磨的時候產(chǎn)生了粘球等現(xiàn)象還可以摻入一定量的粉煤灰來改善。

（2）磨細(xì)石灰石粉中泥粉含量對石灰石粉活性的影響

如果在磨細(xì)石灰石粉的生產(chǎn)過程中帶入了泥土，就會使得石灰石粉含泥量過大，極大地影響石灰石粉的活性以及混凝土的性能，如泥粉吸附外加劑造成混凝土坍落度損失過大，混凝土強(qiáng)度因石灰石粉含泥量大而下降，混凝土耐久性也會受到較大的影響。因此，在石灰石粉生產(chǎn)過程中，應(yīng)該先將石灰?guī)r中的泥土和雜質(zhì)去除，再進(jìn)入磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉磨，這樣生產(chǎn)出來的磨細(xì)石灰石粉才可能具有較高的品質(zhì)。

目前對于磨細(xì)石灰石粉內(nèi)泥粉含量還沒有一個較為準(zhǔn)確的方法進(jìn)行測定，比較通行的做法是參考人工砂亞甲藍(lán)試驗(yàn)，使用亞甲藍(lán)試劑對石灰石粉的含泥量進(jìn)行判定，可以考慮按人工砂試樣質(zhì)量的 10%～15% 做為石粉試樣的質(zhì)量，這樣結(jié)果才有參考作用，因?yàn)樵谧鋈斯ど皝喖姿{(lán)試驗(yàn)時人工砂的石粉含量通常在 10%～15% 內(nèi)，如果稱取和人工砂同樣質(zhì)量的石灰石粉進(jìn)行亞甲藍(lán)試驗(yàn)試驗(yàn)時，加入很多亞甲藍(lán)指示劑也不出現(xiàn)色暈，結(jié)果將難于判定準(zhǔn)確。

（3）石灰石粉混凝土長期體積穩(wěn)定性

由于磨細(xì)石灰石粉細(xì)度比水泥還大，加入石灰石粉后，混凝土早期放熱速率加快，增加了混凝土因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險。目前石灰石粉應(yīng)用于混凝土中的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)制定，但是由于還缺乏對石灰石粉混凝土長期體積穩(wěn)定性的相關(guān)研究，因此，在石灰石粉應(yīng)用時還是應(yīng)當(dāng)注意使用范圍，不宜用于重要工程或重要結(jié)構(gòu)部位，而從非結(jié)構(gòu)部位開始應(yīng)用，避免對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生不利影響的風(fēng)險。

（4）石灰石粉在混凝土生產(chǎn)中的一些問題分析

磨細(xì)石灰石粉極易受潮，并且受潮后易結(jié)團(tuán)，在筒倉內(nèi)造成空拱現(xiàn)象，難以進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，影響混凝土生產(chǎn)速度，因此必須嚴(yán)格控制石灰石粉在進(jìn)入筒倉時的含水量，在進(jìn)入筒倉后不宜貯存太久，應(yīng)盡快使用。對于摻磨細(xì)石灰石粉的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制來說，應(yīng)該要注意幾點(diǎn)：一是混凝土坍落度損失問題，需要提高混凝土坍落度以及坍落度經(jīng)時損失的檢測頻率，并定期進(jìn)行外加劑與磨細(xì)石灰石粉的適應(yīng)性試驗(yàn)，防止因適應(yīng)性出現(xiàn)問題造成混凝土坍落度經(jīng)時損失過大，無法正常進(jìn)行混凝土澆筑，甚至導(dǎo)致質(zhì)量問題；二是要多留置不同齡期的試件，掌握混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，及時進(jìn)行配合比調(diào)整；三是對使用人工砂配制混凝土摻入磨細(xì)石灰石粉時，更應(yīng)該注意人工砂中石粉與磨細(xì)石灰石粉疊加對混凝土性能的影響。