宋發(fā)忠

1商城縣水泥粉磨有限公司（465350） 2 商城縣永固混凝土攪拌有限公司（465350）

0 引言

隨著我國建設(shè)步伐的不斷加快，混凝土摻合料的需求量也在不斷增加。 我國石灰石儲(chǔ)量豐富，石灰石粉用作混凝土摻合料不僅能夠降低成本和節(jié)約能源，而且還可以改善混凝土的性能。 文章針對(duì)目前許多地區(qū)缺乏Ⅱ級(jí)粉煤灰的現(xiàn)實(shí)情況，探究石灰石粉應(yīng)用于預(yù)拌混凝土中的可行性，采用當(dāng)?shù)卦牧霞肮こ坛Ｓ门浜媳?，開展石灰石粉替代粉煤灰和部分礦粉的配合比試驗(yàn)與研究，為石灰石粉的推廣應(yīng)用以及混凝土企業(yè)的穩(wěn)定生產(chǎn)、降本增效提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)原材料

1）水泥:商城縣水泥粉磨有限公司生產(chǎn)的P·O42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，性能見表1。

2）礦粉:S95 級(jí)礦粉，密度為 2.95 g/cm3，比表面積為432 m2/kg，流動(dòng)度比為102%，活性指數(shù)3 d為80%、28 d 為 103%。

3）粉煤灰:Ⅱ級(jí)粉煤灰，45 μm 篩余為 16.2%，需水量比為101%，燒失量為1.86%。

4）骨料:粗骨料為5~20 mm 連續(xù)級(jí)配碎石；細(xì)骨料為細(xì)度模數(shù)2.7 的河砂。

5）外加劑和水:外加劑為聚羧酸減水劑，減水率為23%；水為飲用自來水。

6）石灰石粉: 商城縣水泥粉磨有限公司生產(chǎn)的石灰石微粉，比表面積為550 m2/kg，28 d 活性指數(shù)為65%。

1.2 試驗(yàn)方法

混凝土工作性能按《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》GB/T 50080—2016 進(jìn)行試驗(yàn)。

混凝土抗壓強(qiáng)度按《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》GB/T 50081—2002 進(jìn)行試驗(yàn)。

1.3 石灰石粉摻量及對(duì)應(yīng)的性能檢測結(jié)果

按固定配合比:水3.42 kg、水泥5.12 kg、外加劑0.154 kg、砂 17.16 kg、石 19.10 kg，用石灰石粉替代不同比例的粉煤灰或礦粉，分別配制C30 混凝土20 L，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

2 試驗(yàn)分析

2.1 坍落度變化情況

由表2 可以看出，初始坍落度與基準(zhǔn)混凝土相比，除用石灰石粉完全替代粉煤灰和礦粉外，都增大了 20～30 mm，1 h 損失在 15～30 mm 之間，均小于基準(zhǔn)混凝土的40 mm；石灰石粉混凝土的擴(kuò)展度都大于基準(zhǔn)混凝土，1 h 坍落度經(jīng)時(shí)損失均大于基準(zhǔn)混凝土。

2.2 混凝土抗壓強(qiáng)度變化情況

1）礦粉摻量不變，石灰石粉替代粉煤灰的量從1/3 到 2/3 時(shí)，3 d、7 d 抗壓強(qiáng)度增加，28 d 抗壓強(qiáng)度基本一致；當(dāng)石灰石粉完全取代粉煤灰時(shí)，3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度均略有下降，但幅度不大。

2）粉煤灰摻量不變，石灰石粉替代1/3 礦粉時(shí)，3 d、7 d 抗壓強(qiáng)度增加，28 d 抗壓強(qiáng)度略有降低，但幅度不大；當(dāng)石灰石粉替代2/3 礦粉時(shí)，3 d、7 d 抗壓強(qiáng)度略有下降，28 d 抗壓強(qiáng)度下降幅度較大； 當(dāng)石灰石粉完全取代礦粉時(shí)，3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度均下降，特別是28 d 抗壓強(qiáng)度，下降很大。

3）石灰石粉完全替代粉煤灰和礦粉時(shí)，3 d、7 d、28 d 抗壓強(qiáng)度均大幅下降；相比較之下，3 d 抗壓強(qiáng)度下降較少，7 d 抗壓強(qiáng)度下降較大，28 d 抗壓強(qiáng)度下降特別大。

表1

表2

4）綜合分析，如果石灰石粉的摻量合適，不僅混凝土的3 d、7 d 抗壓強(qiáng)度均大于基準(zhǔn)混凝土，28 d 抗壓強(qiáng)度也基本上與基準(zhǔn)混凝土相當(dāng)。

3 石灰石粉在混凝土中的作用機(jī)理

3.1 石灰石粉的活性效應(yīng)

石灰石粉中的CaCO3與水泥熟料中的鋁酸鹽礦物、Ca(OH)2反應(yīng)，隨著水化反應(yīng)的不斷進(jìn)行，石灰石粉和鋁酸三鈣發(fā)生反應(yīng)，生成具有一定膠凝能力的碳鋁酸鹽復(fù)合物，這種水化產(chǎn)物與其他水化產(chǎn)物相互搭接，增加混凝土的密實(shí)度，從而提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。 碳酸鈣顆粒具有明顯的晶核效應(yīng)，使Ca(OH)2晶體生長在碳酸鈣顆粒表面，而不是在水泥石和集料界面生長成大晶體，從而增強(qiáng)了界面黏結(jié)度，有助于提高混凝土的強(qiáng)度。 CaCO3與鋁酸鹽、 硅酸鹽礦物所形成的新相晶體迅速增大，并且轉(zhuǎn)化為牢固連生的結(jié)晶體，增強(qiáng)了石灰石與硬化水泥漿體的界面，使水泥石結(jié)構(gòu)致密，強(qiáng)度提高。 同時(shí)石灰石粉的細(xì)度對(duì)混凝土力學(xué)性能影響明顯，細(xì)度越細(xì)，越能發(fā)揮其活性效應(yīng)，混凝土的強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度越高。

3.2 石灰石粉的形態(tài)效應(yīng)

試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著石灰石粉摻量的增加，混凝土初始坍落度不斷增加，且坍落度經(jīng)時(shí)損失減小。這正是石灰石粉在混凝土中起到的“滾珠”作用，從而增加混凝土的流動(dòng)性。 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，整個(gè)體系的反應(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。 此外，石灰石粉可改善混凝土的和易性和抗凍性，減少泌水和離析現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 石灰石粉的填充效應(yīng)

由于石灰石粉的粒徑很小，能與水泥熟料及其他礦物摻合料形成良好的級(jí)配，具有良好的填充效果。 同時(shí)石灰石粉填充在水泥漿基體和界面過渡區(qū)的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)和界面結(jié)構(gòu)更為致密，減小孔隙率和孔徑直徑，改善孔結(jié)構(gòu)，從而提高水泥石強(qiáng)度和界面強(qiáng)度。

3.4 石灰石粉對(duì)混凝土耐久性能的影響

石灰石粉用作礦物摻和料，可以提高混凝土的抗氯離子滲透性，減少鋼筋的銹蝕程度，且石灰石粉的顆粒越細(xì)，其作用越明顯。 石灰石粉能提高混凝土的抗氯離子滲透性的主要原因是: 石灰石粉能改善孔結(jié)構(gòu)，減少混凝土中大孔比例，對(duì)界面有一定的改善作用；同時(shí)石灰石粉可以降低混凝土的收縮， 降低碳化深度, 使混凝土拌和物的含氣量和泌水率都在減少，而這些對(duì)硬化混凝土漿體是有利的。摻石灰石粉的混凝土的抗?jié)B性比較高，干縮、徐變都在正常范圍。 石灰石粉早期對(duì)水泥水化的加速及其增加水化體系的實(shí)際有效水灰比兩方面的共同作用，使水化程度得到提高，抗壓強(qiáng)度增加，然而實(shí)際有效水灰比的升高也增加了水化體系的毛細(xì)孔，使后期強(qiáng)度有所降低。

4 結(jié)論

1）混凝土中摻入適量比例的石灰石粉，可以在保持后期強(qiáng)度基本不變的情況下提高混凝土早期強(qiáng)度。

2）石灰石粉可以改善混凝土拌合物的工作性能，混凝土拌合物坍落度增幅較大，坍落度經(jīng)時(shí)損失減小，和易性變好。

3）從實(shí)驗(yàn)看，在配制普通混凝土，特別是雙摻粉煤灰和礦粉時(shí)，石灰石粉可以替代70%甚至100%的粉煤灰，而礦粉最多只能用30%的石灰石粉替代。

4）石灰石粉是一種新型廉價(jià)的綠色礦物摻合料，能夠很好地破解混凝土用粉煤灰資源短缺和價(jià)格上漲的局面。

5）優(yōu)質(zhì)石灰石粉對(duì)混凝土的物理化學(xué)性能及耐久性有較大的改善作用。

可以預(yù)見，在混凝土行業(yè)中，石灰石粉的應(yīng)用將會(huì)越來越多，這就要求我們在用石灰石粉配制混凝土方面進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)研究，以對(duì)其性能進(jìn)行充分了解。