周妍妍

（北票市五間房水利服務(wù)站，遼寧 北票 122100）

近年來，隨著水利工程的大規(guī)模建設(shè)，水工混凝土等原材料消耗量巨大。在大規(guī)模生產(chǎn)混凝土的同時也面臨著一系列的問題，如水泥制造過程中會釋放二氧化碳，并耗費大量天然材料和能源，造成生態(tài)環(huán)境的破壞以及經(jīng)濟成本的提升。因此，如何解決水泥生產(chǎn)所帶來的不良影響逐漸成為行業(yè)內(nèi)研究的熱點問題[1-4]。目前，高性能綠色混凝土被廣泛應(yīng)用于水利工程領(lǐng)域，低熟料膠凝材料體系必然成為未來的發(fā)展趨勢。然而，早期使用的礦物摻合料也存在著一些問題，如礦渣粉和粉煤灰使用成本劇增，各種原材料日益短缺，急需一種既具有較好經(jīng)濟性又有利于環(huán)境保護的礦物摻合料來替代礦渣粉、粉煤灰，石灰石粉能夠滿足以上要求，早期的水利工程就有使用石灰石粉的案例，并且機制砂中的石粉含量往往較高[5-6]。因此，可以將部分石灰石粉摻入水工混凝土，通過耐久性試驗判定石灰石粉能否作為摻合料使用。本文以石灰石粉摻量為變量，試驗分析了石灰石粉對新拌混凝土和易性、抗壓強度、抗凍性能、抗碳化性和抗氯離子滲透性的影響特征，可為消除水工混凝土中石灰石粉的使用顧慮提供一定支持。

1 試驗方法

1.1 原材料性能

①水泥：渾河P·O 42.5級水泥，安定性（沸煮法）合格，細度(80μm)0.6%，標稠用水量26.5%，初凝、終凝時間150min和225min，3d、28d抗折強度為5.7MPa和8.2MPa，抗壓強度為29.1MPa和50.5MPa。②粉煤灰：綏中電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，45μm篩余4.6%，密度2.2g/cm3，需水量比94.2%，燒失量3.1%。③石灰石粉：魯能實業(yè)生產(chǎn)的石粉，亞甲藍值1.0g/kg，需水量比100%，比表面積445m2/kg，45μm篩余3.22%，密度2.61g/cm3。④礦粉：鐵嶺金泰S95級礦渣粉，需水量比96%，比表面積40m2/kg，45μm篩余3.22%，密度2.82g/cm3。⑤骨料：粗骨料用粒徑5～25mm連續(xù)級配的天然碎石，空隙率41%，堆積密度1580kg/m3，表觀密度2740kg/m3，含泥量0.1%，針片狀含量5.8%，壓碎指標5.0%；細骨料用天然河砂，細度模數(shù)2.5，含泥量2.0%，空隙率35%，堆積密度1580kg/m3，表觀密度2670kg/m3。⑥外加劑：沈陽廣源達GYD-1聚羧酸高效減水劑，固含量45%，含氣量2.1%，減水率30%。

1.2 試驗方法

試驗設(shè)計C30、C50兩種水工混凝土，以膠凝材料用量的0%、15%、20%、25%、30%作為石灰石粉摻量，配合比設(shè)計如表1所示。

以《水工混凝土試驗規(guī)程》、《水工混凝土耐久性技術(shù)規(guī)范》、《水運工程混凝土施工規(guī)范》等相關(guān)標準，試驗測定新拌混凝土的和易性、抗壓強度、抗凍性能、抗碳化性以及抗氯離子滲透性。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 摻石灰石粉的拌合物和易性

對于拌合物工作性能大流態(tài)水工混凝土具有較高要求，試驗時必須控制擴展度和坍落度處于合理范圍，即C30新拌混凝土擴展度≥400mm，坍落度處于190～230mm范圍，C50新拌混凝土擴展度不低于500mm，坍落度處于220～260mm范圍。通過調(diào)整減水劑用量判定拌合物和易性受石灰石粉摻量的影響，試驗結(jié)果如表2所示。

表2 拌合物工作性能

由表2可知，對于符合擴展度和坍落度要求的新拌混凝土，石粉摻量越高則減水劑用量越多；摻15%石粉時，基準組減水劑用量高于試驗組，其擴展度和坍落度較??；石粉摻量不超過20%時，試驗組略優(yōu)于基準組的和易性。這是因為石粉的平均粒徑小于水泥，從而發(fā)揮一定的填充效應(yīng)，水泥顆粒的間隙減少會增大自由水的占比，從而改善拌合物流動性。摻量超過20%時減水劑用量明顯提高，這表明拌合物的和易性變差，究其原因是膠凝材料用量相同情況下，石粉摻量越大則拌合物需水量越高。綜上分析，石粉具有一定的分散填充效應(yīng)，摻入適量的石粉能夠改善拌合物和易性，其最佳摻量不超過20%。

2.2 摻石灰石粉的混凝土抗壓強度

水工混凝土摻不同石灰石粉的抗壓強度變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，隨著石粉摻量的增加各齡期C30、C50混凝土強度均表現(xiàn)出逐漸減小趨勢，石粉摻量低于20%時試驗組抗壓強度與基準組相差不大。究其原因，摻入適量的石灰石粉能夠發(fā)揮一定的微集料效應(yīng)，優(yōu)化內(nèi)部體系的級配，沒有過多的石粉參與后期水化，從而使得局部水膠比有所增大，更加充分地完成水化，石粉具有正向積極作用；隨著石灰石粉的逐漸增多，因比表面積明顯大于水泥，多余石粉會優(yōu)先吸附更多的拌和水，在一定程度上抑制水泥水化，水化產(chǎn)物C-S-H減少，各組分無法較好地膠結(jié)成整體，從而大大增加 了內(nèi)部缺陷的形成概率，抗壓強度偏低[7]。

圖1 不同石粉摻量的抗壓強度變化曲線

2.3 摻石灰石粉的混凝土抗凍性能

采用“快凍法”測試不同石粉摻量的混凝土抗凍性，不同凍融循環(huán)下水工混凝土的相對動彈模量如圖2所示。

圖2 不同石粉摻量的相對動彈模量變化曲線

由圖2可知，石粉摻量和水膠比顯著影響著水工混凝土的抗凍性能，并且高強度等級的抗凍性略優(yōu)于中低強度，摻量不超過15%時試驗組與基準組的抗凍性能相當?；炷量箖鲂阅茈S著摻量的進一步增加而下降，但均符合現(xiàn)行規(guī)范對抗凍性的要求，如摻20%石粉組的C30、C50水工混凝土能夠達到F200和F300抗凍等級。究其原因是石粉摻量超過20%時，石灰石粉的填充效應(yīng)難以充分發(fā)揮，在熟料總量不變的情況下水化程度減弱，混凝土的致密性和抗壓強度也隨之下降。凍融循環(huán)過程中混凝土內(nèi)部的水反復(fù)發(fā)生結(jié)冰膨脹和融解，使得混凝土逐漸發(fā)生破壞劣化[8-9]。

2.4 摻石灰石粉的混凝土抗碳化性

采用“快凍碳化法”測試不同石粉摻量的混凝土抗碳化性，不同凍融循環(huán)下水工混凝土的碳化深度如圖3所示。

圖3 不同石粉摻量的28d碳化深度變化曲線

由圖3可知，摻15%石粉組略優(yōu)于基準組的抗碳化性能；摻20%石粉組的碳化深度略高于基準組，但相差不明顯，C50強度混凝土碳化深度不超過2mm，C30強度混凝土碳化深度≤5mm，低強度混凝土碳化深度明顯大于高強度混凝土。因此，混凝土碳化深度在很大程度上取決于水膠比，水膠比越小則致密性越優(yōu)，內(nèi)部缺陷的形成概率越小，CO2和水更難滲入混凝土內(nèi)部，從而增強了其抗碳化性能。本試驗只有摻30%石粉的C30水工混凝土抗碳化性能未達到工程要求，其它組均符合工程要求，如摻25%石粉的C30組碳化深度為8.6mm，符合小于10mm的標準要求[10-11]。

2.5 摻石灰石粉的混凝土抗氯離子滲透性

采用電通量快速試驗法測試不同石粉摻量的混凝土抗氯離子滲透性，如圖4所示。

圖4 不同石粉摻量的電通量變化曲線

由圖4可知，隨石粉摻量增加A組和B阻抗?jié)B透性能均表現(xiàn)出逐漸減小趨勢，并且A的電通量明顯高于B組，表明高強度等級明顯優(yōu)于低強度等級的水工混凝土抗氯離子滲透性，再次表明水工混凝土抗氯離子滲透性受水膠比影響較大[12-14]。總體而言，15%石粉組與基準組的抗氯離子滲透性相差不大，A-4組的電通量值最高達到1672C，各組抗氯離子滲透性整體較好。

3 結(jié) 論

1）摻20%石粉時，基準組與試驗組的減水劑用量相差不大，但摻石粉組的新拌混凝土和易性較好，隨著石粉摻量的進一步增大減水劑用量明顯增加。摻15%石粉時，各齡期C30、C50水工混凝土強度基本不減小，摻25%及以內(nèi)石粉時C30混凝土符合28d設(shè)計強度要求，摻20%及以內(nèi)石粉時C50混凝土符合28d設(shè)計強度要求，摻25%及以內(nèi)石粉時C30、C50混凝土均符合56d設(shè)計強度要求。

2）15%石粉組與基準組的電通量相差不大，摻20%石粉組的電通量未明顯增大，并且高強度等級明顯優(yōu)于低強度等級的抗氯離子滲透性。摻15%石粉時，水工混凝土與基準組抗凍性能相差不大，進一步增大石粉摻量混凝土抗凍性能開始下降，摻量不超過20%時其降低抗凍性能的作用不明顯。

3）摻15%石粉時，試驗組與基準組的抗碳化性能相差不大，摻25%石粉組略高于基準組的碳化深度，本試驗只有摻30%石粉的C30混凝土抗碳化性能未達到工程要求，其它組均符合工程要求。在水工混凝土中摻入適量石灰石粉具有一定的技術(shù)可行性，為保證各齡期混凝土的耐久性和強度石粉摻量不宜超過20%。