張冠軍

在石灰石、機制砂生產(chǎn)過程中，會產(chǎn)生大量的石灰石粉，而這些石灰石粉大多被廢棄處理，造成資源浪費和環(huán)境污染。若將這些廢棄的石灰石粉摻入高強機制砂混凝土中，則不僅可以改善高強混凝土的性能，還可以減少對環(huán)境的污染，使資源得到更加充分的利用。但美中不足的是，石灰石粉會對高強混凝土耐久性帶來不良影響。本文通過研究復(fù)摻石灰石粉對高強機制砂混凝土性能的影響，為復(fù)摻混凝土的生產(chǎn)提供技術(shù)依據(jù)。

1 原材料來源及性能分析

1.1 水泥、粉煤灰、礦渣粉

水泥選用P·O42.5R普通硅酸鹽水泥（表1）；粉煤灰選用電廠I級粉煤灰，比表面積350m2/kg；礦渣粉選用S95級礦渣粉。

表1 P·O42.5R普通硅酸鹽水泥的物理性能

1.2 細(xì)集料、粗集料

細(xì)集料機制砂為水洗砂，其篩余和其他性能指標(biāo)分析分別見表2 和表3。粗集料采用5~25mm 連續(xù)級碎石。

表2 機制砂篩余分析

表3 機制砂的其他性能指標(biāo)分析

1.3 外加劑

采用高效聚羧酸減水劑。

1.4 拌合水

采用自來水拌合。

1.5 石灰石粉

石灰石粉選用本地機制砂廠生產(chǎn)時分選出的石灰石粉。

比表面積為350m2/kg 的石灰石粉的顆粒形貌如圖1、圖2 所示，其顆粒粒徑不均勻，平均粒徑低于水泥顆粒，形貌與水泥顆粒接近，為不規(guī)則礫石狀，棱角圓滑，且具有明顯的團聚性。

圖1 比表面積為350m2/kg的石灰石粉顆粒形貌（×1 000倍）

圖2 比表面積為350m2/kg的石灰石粉顆粒形貌（×4 000倍）

石灰石粉顆粒的粒徑分布如圖3所示，石灰石粉的D50粒徑為2.89μm，<3μm的石灰石粉顆粒含量占 51.36%，3~32μm 的石灰石粉顆粒含量占48.64%。

圖3 石灰石粉顆粒的粒徑分布

2 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土性能的影響及最佳配合比的確定

復(fù)摻石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉配制C60 機制砂高強混凝土試樣的配合比見表4，復(fù)摻石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉配制C60 機制砂高強混凝土試樣性能測試結(jié)果見表5。

2.1 石灰石粉-粉煤灰復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土和易性及抗壓強度的影響

從表4、表5可以看出，用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻作礦物摻合料（17%左右）取代膠凝材料配制C60機制砂高強混凝土?xí)r，混凝土的整體和易性較好，表現(xiàn)為流動性好、坍落度無損失、粘度較好；同樣，在膠凝材料不變時，石灰石粉摻量越高，混凝土和易性越好；在石灰石粉摻量不變時，隨著膠凝材料總量的增加，混凝土的和易性變好。

表5 復(fù)摻石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉配制C60機制砂高強混凝土試樣性能測試結(jié)果

圖4為石灰石粉-粉煤灰復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗壓強度的影響。從表4 和圖4 可以看出，用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻配制C60機制砂高強混凝土?xí)r，在膠凝材料用量不變時，石灰石粉摻量越高，混凝土抗壓強度越大；在石灰石粉摻量不變時，隨著膠凝材料用量的增加，混凝土早期抗壓強度逐漸增加，但后期抗壓強度變化不大，且60d 抗壓強度仍有所增長。

圖4 石灰石粉-粉煤灰復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗壓強度的影響

表4 復(fù)摻石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉配制C60機制砂高強混凝土試樣配合比，kg/m3

綜合比較不同試樣石灰石粉-粉煤灰復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土和易性、抗壓強度的影響，最后選取A2 試樣的配合比為最佳石灰石粉-粉煤灰復(fù)摻混凝土配合比。

2.2 石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土和易性和抗壓強度影響

從表4、表5 可以看出，用石灰石粉-礦渣粉作為礦物摻合料（20%左右）取代膠凝材料配制C60機制砂高強混凝土?xí)r，混凝土的整體和易性較好，表現(xiàn)為粘度好、流動快、狀態(tài)好、坍落度無損失。另外，在膠凝材料不變時，石灰石粉摻量越高，混凝土和易性越好；在石灰石粉摻量不變時，隨著膠凝材料總量的增加，混凝土的和易性變好。

石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗壓強度的影響見圖5。從表4 和圖5 可以看出，石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻配制C60 機制砂高強混凝土?xí)r，在膠凝材料用量不變時，石灰石粉摻量越高，混凝土抗壓強度越大，但變化不大；在石灰石粉摻量不變時，膠凝材料用量的增加對混凝土抗壓強度影響不大；在膠凝材料用量和石灰石粉摻量不變時，隨著養(yǎng)護齡期的增加，混凝土抗壓強度緩慢增加，且60d抗壓強度仍在增長。

圖5 石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗壓強度的影響

綜合比較不同試樣石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土和易性、抗壓強度的影響，最后選取B2 試樣的配合比為最佳石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻混凝土配合比。

2.3 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻最佳配合比的確定

表6、表7 分別為復(fù)摻石灰石粉-粉煤灰、石灰石粉-礦渣粉配制C60機制砂高強混凝土最佳配合比及試樣的性能測試結(jié)果。對照GB/T 14902-2016《預(yù)拌混凝土》和其他有關(guān)混凝土標(biāo)準(zhǔn)，可知最佳配合比的石灰石粉-粉煤灰、石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻C60 機制砂高強混凝土的和易性和抗壓強度均能滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足工程設(shè)計和施工要求。

表6 石灰石粉-粉煤灰、石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻配制C60機制砂高強混凝土最佳配合比，kg/m3

表7 最佳配合比石灰石粉-粉煤灰、石灰石粉-礦渣粉復(fù)摻配制C60機制砂高強混凝土試樣的性能測試結(jié)果

3 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土耐久性的影響

石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土耐久性影響的試驗方案見表8。

表8 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土耐久性影響的試驗方案，kg/m3

3.1 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗?jié)B性的影響

石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土滲水高度的影響見圖6。從圖6可以看出，與未摻石灰石粉的C60 機制砂高強混凝土相比，當(dāng)用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻制備C60機制砂高強混凝土?xí)r，混凝土的滲水高度增加，即抗?jié)B性降低；而用石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻制備C60機制砂高強混凝土?xí)r，混凝土的滲水高度降低，即抗?jié)B性提高。實驗表明，在水壓力為1.2MPa時，各試樣表面均無滲水，即各混凝土試樣的抗?jié)B等級均>P12，完全能夠滿足混凝土工程的一般抗?jié)B要求。

圖6 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土滲水高度的影響（水壓1.2MPa）

3.2 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗凍性的影響

石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土抗凍性的影響見表9。從表9 可以看出，與未摻石灰石粉的C60 機制砂高強混凝土相比，當(dāng)用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻或石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻制備C60機制砂高強混凝土?xí)r，混凝土抗凍性均可滿足F100抗凍等級要求。

表9 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗凍性的影響

3.3 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土收縮性的影響

石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土收縮性的影響見表10。從表10可以看出，與未摻石灰石粉的C60 機制砂高強混凝土相比，當(dāng)用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻或石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻制備C60機制砂高強混凝土?xí)r，石灰石粉的加入，使混凝土的早期收縮率（前7d）稍有降低，后期收縮率（7d后）卻大大增加。

表10 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土收縮性的影響

綜合分析石灰石粉對C60 機制砂高強混凝土收縮率的影響可知，當(dāng)用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻、或石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻制備C60 機制砂高強混凝土?xí)r，石灰石粉的加入對各復(fù)摻配合比的混凝土的收縮率影響規(guī)律不同。

3.4 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土漿體自收縮性的影響

石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土漿體的自收縮性的影響見圖7。從圖7可以看出，摻加粉煤灰比摻加礦渣粉的C60機制砂高強混凝土漿體的早期自收縮幅度小得多。若用60%石灰石粉等量替代部分粉煤灰，有助于降低混凝土漿體的自收縮幅度。若用60%石灰石粉等量替代部分礦渣粉，則有助于大幅降低混凝土漿體的自收縮幅度。因此認(rèn)為，用部分石灰石粉替代粉煤灰或礦渣粉，是減少混凝土漿體早期自收縮幅度，降低混凝土開裂危害，改善清水混凝土表面質(zhì)量的有效措施。

圖7 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土漿體的自收縮性的影響

3.5 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土抗碳化性的影響

石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土碳化深度的影響見表11。從表11可以看出：

表11 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土碳化深度的影響

（1）當(dāng)混凝土中加入石灰石粉后，混凝土的碳化深度稍有增加，變化很小。

（2）摻粉煤灰的混凝土，各齡期的碳化深度大于相應(yīng)摻礦渣粉的混凝土各齡期的碳化深度。

（3）在混凝土配合比不變的情況下，各試樣標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護齡期越長，混凝土的碳化深度越??；室外灑水養(yǎng)護齡期越長，混凝土的碳化深度越小。

（4）在養(yǎng)護條件和混凝土配合比不變的情況下，隨著碳化齡期的增加，混凝土的碳化深度增大。

（5）在混凝土配合比和碳化前養(yǎng)護齡期相同的情況下，與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護相比，室外灑水養(yǎng)護的混凝土的碳化深度較小，即，抗碳化性能較好。

由C60 機制砂高強混凝土抗碳化性能的影響可知，利用石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻或石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻配制C60機制砂高強混凝土?xí)r，與養(yǎng)護條件相比，石灰石粉對混凝土抗碳化性能影響較小，養(yǎng)護條件是影響混凝土抗碳化性能的主要因素。

3.6 石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土水化產(chǎn)物的影響

圖8 和圖9 分別為石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻、石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻對C60 機制砂高強混凝土水化28d影響的SEM圖。

圖8 石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土水化28d影響的SEM圖

圖9 石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻對C60機制砂高強混凝土水化28d影響的SEM圖

從圖8 和圖9 可以看出，石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻、石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻制備C60機制砂高強混凝土，混凝土漿體水化28d的水化產(chǎn)物晶粒均未出現(xiàn)粗大的纖維狀結(jié)構(gòu)或管狀結(jié)構(gòu)的水化硅酸鈣凝膠，晶粒尺寸普遍較小，六角板狀結(jié)構(gòu)的氫氧化鈣晶體和水化鋁酸鈣凝膠明顯較少，并產(chǎn)生大量柱狀鈣礬石，C60機制砂高強混凝土硬化漿體結(jié)構(gòu)較致密，空隙率更低，水化產(chǎn)物分布更均勻。

4 結(jié)語

（1）對于C60 機制砂高強混凝土，石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻及石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻，在石灰石粉摻量低于總膠凝材料的15%時，混凝土和易性和抗壓強度均能滿足AB/T 14902-2016《預(yù)拌混凝土》和其他有關(guān)混凝土標(biāo)準(zhǔn)要求及工程設(shè)計施工要求。

（2）石灰石粉與粉煤灰復(fù)摻或石灰石粉與礦渣粉復(fù)摻，均可使C60機制砂高強混凝土的抗?jié)B等級>P12，抗凍性均能滿足F100抗凍等級要求。

（3）對于C60 機制砂高強混凝土，摻粉煤灰比摻礦渣粉的漿體的早期自收縮幅度小得多。用部分石灰石粉替代粉煤灰或礦渣粉，是減少混凝土早期自收縮幅度、降低混凝土開裂危害、改善清水混凝土表面質(zhì)量的有效措施。

（4）石灰石粉-粉煤灰-礦渣粉復(fù)摻制備的C60機制砂高強混凝土抗碳化性能降低，但變化不明顯；摻粉煤灰的混凝土抗碳化性能大于摻礦渣粉的混凝土的抗碳化性能；養(yǎng)護條件是影響混凝土抗碳化性能的主要因素。