不同比例石灰石粉與膠凝材料對(duì)混凝土工作性及強(qiáng)度的影響

楊柳，宋少民

（北京建筑工程學(xué)院土木與交通工程學(xué)院，北京100044）

不同比例石灰石粉與膠凝材料對(duì)混凝土工作性及強(qiáng)度的影響

楊柳，宋少民

（北京建筑工程學(xué)院土木與交通工程學(xué)院，北京100044）

論文針對(duì)石灰石超細(xì)粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行了研究。通過(guò)對(duì)不同比例石灰石超細(xì)粉摻量下新拌混凝土性質(zhì)、強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律的試驗(yàn)與分析，考察石灰石超細(xì)粉在混凝土中的作用與效果。試驗(yàn)結(jié)果表明摻石灰石超細(xì)粉可以減小坍落度損失。在同坍落度下，可明顯減小混凝土用水量，降低水膠比。在水泥與膠凝材料用量相同時(shí)，石粉摻量的增加會(huì)使混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度增長(zhǎng)率略有減小。

石灰石超細(xì)粉；低品質(zhì)粉煤灰；混凝土；和易性；強(qiáng)度

1 概述

近年來(lái), 水利、交通、工民建等建設(shè)工程規(guī)?？涨鞍l(fā)展,我國(guó)部分地區(qū)面臨優(yōu)質(zhì)粉煤灰供應(yīng)緊缺問(wèn)題, 尤其是西南地區(qū)這一情況更為突出。 而且粉煤灰的遠(yuǎn)距離輸送也大大提高了混凝土的生產(chǎn)成本。因此, 尋找一種可就近取材、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型礦物摻合料迫在眉睫。石灰石粉因其易于粉磨、低反應(yīng)活性、低需水量比、可就近取材等特點(diǎn)可作為粉煤灰的補(bǔ)充。石灰石粉是以生產(chǎn)石灰石碎石和機(jī)制砂時(shí)產(chǎn)生的石粉和石屑為原料，通過(guò)進(jìn)一步粉磨制成的粒徑不大于10μm的細(xì)粉，在混凝土中具有良好的減水和填充效應(yīng)。大量研究[1]表明石灰石粉不完全是一種惰性混合材料，一些研究人員通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)石灰石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度是有貢獻(xiàn)的，它參與了混凝土的水化反應(yīng)[2～4]。后期可以生成三碳水化鋁酸鈣和單碳水化鋁酸鈣。至今，隨著高細(xì)粉磨技術(shù)的進(jìn)步，利用石灰石粉作為混凝土礦物摻合料是可行的。

2 試驗(yàn)用原材與試驗(yàn)方法

2.1 原材料

1)水泥

本實(shí)驗(yàn)采用P·O42.5水泥，水泥的主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

2)粉煤灰

本次試驗(yàn)采用等外級(jí)粉煤灰，其化學(xué)成分及品質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表2及表3。

表1 水泥的物理力學(xué)技術(shù)指標(biāo)

表2 粉煤灰的化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果

表3 粉煤灰部分品質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

3)石灰石粉

其細(xì)度45μm篩余為2.2%，需水量比為94%，其化學(xué)成分見(jiàn)表4。

表4 石灰石粉的化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果 %

4)細(xì)集料

細(xì)度模數(shù)2.72，表觀密度2695kg/m3，松散堆積空隙率42.29%，緊密堆積空隙率30.10%，0.15mm以下篩余14.15%。

5)粗集料

5～20mm。含泥量、泥塊含量、針片狀顆粒含量、壓碎指標(biāo)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T14685的要求，空隙率36.43%。

6)拌合用水

采用生活用水。

7)減水劑

萘系減水劑。減水率為2.5%。

2.2 試驗(yàn)配合比

本試驗(yàn)考察摻不同石灰石粉對(duì)混凝土水膠比及工作性等性能的影響?；炷僚浜媳纫?jiàn)表5。基準(zhǔn)試樣組1不摻石灰石粉（LS），只摻粉煤灰（FA）。其配合比為基準(zhǔn)配合比。試驗(yàn)試樣組2～11組中礦物摻合料替代50%水泥，石灰石粉摻量逐漸增加，其余參數(shù)均和基準(zhǔn)配合比中的相同。混凝土強(qiáng)度配合比見(jiàn)表6。

表5 不同石灰石粉摻量比例新拌混凝土性能試驗(yàn)配合比 kg/m3

表6 不同石灰石粉摻加比例混凝土各齡期強(qiáng)度試驗(yàn)配合比 kg/m3

3 結(jié)果與分析

3.1 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土坍落度損失的影響

從表7，圖1可以看出隨著石粉摻量由0 kg/m3增加到180 kg/m3混凝土初始坍落度保持在185～230mm之間，1h坍落度從90mm增加到210mm。以組1為基準(zhǔn)，1h坍落度增加到233%。坍落度損失從105mm減小到10mm，以組1為基準(zhǔn)，隨著石灰石粉的摻加量增加明顯減少了混凝土的經(jīng)時(shí)坍落度損失。其中，石灰石粉摻量大于礦物摻合料的50%時(shí)，1h坍落度損失明顯降低，從105mm降到35mm。

表7 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土坍落度損失的影響

圖1 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土坍落度損失的影響

隨著石灰石粉摻量的增加混凝土拌合物的坍落度損失顯著減小，主要是由于石灰石粉的形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)。表面致密光滑的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒之間,起到分散劑的作用,能促進(jìn)水化初期水泥顆粒的解絮,從而改善混凝土的工作性能。由于石灰石粉顆粒較細(xì)，且比表面積很低，因此增加了拌合物的流動(dòng)性。由于石灰石粉比水泥顆粒細(xì)度小，能夠填充水泥與粉煤灰之間的間隙,起到填充骨架的作用,從而改善了混凝土的工作性。

3.3 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻同坍落度下對(duì)混凝土水膠比的影響

從表8及圖2可以看出，隨著石灰石粉摻量由0kg/m3增加到180kg/m3，在同坍落度下，混凝土的水膠比從0.56降低到了0.42，以組1不摻石灰石粉為基準(zhǔn)，隨著石粉摻量增大到180 kg/m3，混凝土拌合物的水膠比降低了25%，明顯減少了混凝土的用水量。

表8 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻同坍落度下對(duì)混凝土水膠比的影響

圖2 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻同坍落度下水膠比的變化

石灰石粉可減少混凝土的用水量，降低水膠比。由于石灰石粉具有良好的形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)，且其表面能很低，在混凝土中石灰石粉的用水量少于粉煤灰，因此使混凝土的用水量明顯降低，從而降低水膠比。同時(shí)，由于石灰石粉比表面積大于水泥及粉煤灰，使混凝土中粉體的表面積與水體積的比例增大，減少了拌合物的離析與泌水，減少用水量的同時(shí)保持混凝土拌合物良好的和易性。

3.4 石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

本試驗(yàn)對(duì)石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度的影響。如表9及圖3所示，組Q-2、Q-3、Q-4為膠材用量400kg/m3時(shí)不同石粉替代粉煤灰量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。其中0～28d強(qiáng)度隨著石粉替代量的增加并沒(méi)有明顯變化。混凝土強(qiáng)度在28d～180d之間，石粉替代粉煤灰量50%是強(qiáng)度增長(zhǎng)最大，增加了24MPa；而石粉替代粉煤灰量70%、80%時(shí)，強(qiáng)度在28～90d之間平均增加了17MPa，90d～180d之間強(qiáng)度并沒(méi)有增長(zhǎng)。

表9石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響MPa

圖3 石灰石粉摻量對(duì)同膠凝材料混凝土強(qiáng)度的影響

圖4 同石灰石粉摻量下不同膠材用量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

如圖4所示，Q-1、Q-3、Q-5、Q-6、Q-7分別為膠凝材料為 360kg/m3、400 kg/m3、440kg/m3、480kg/m3、500kg/m3時(shí)同等石粉摻量比例下混凝土長(zhǎng)期強(qiáng)度變化?？傮w上看，在水膠比基本相同時(shí)，膠凝材料用量變化對(duì)各齡期強(qiáng)度影響不大。

從以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在相同膠凝材料用量時(shí)，隨著石粉替代粉煤灰量的增加，早期強(qiáng)度并未出現(xiàn)明顯變化，而后期強(qiáng)度隨著石粉摻量的增加強(qiáng)度增長(zhǎng)率略有下降。由于石灰石粉活性相對(duì)較低，后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)幅度不如粉煤灰，因此石粉摻量增大時(shí)，后期強(qiáng)度的增長(zhǎng)率略有下降。

4 結(jié)論

（1）隨著石粉摻量比例的增加，使混凝土坍落度損失從105mm降到10mm，明顯改善新拌混凝土的工作性。

（2）隨著石粉摻量比例的增加，可以在保持相同坍落度的同時(shí)，減少混凝土用水量，使混凝土拌合物的水膠比降低了25%。

（3）相同膠凝材料用量時(shí)，隨著石灰石粉相對(duì)于低品位粉煤灰量的增加，對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度并沒(méi)有影響，但會(huì)使長(zhǎng)期強(qiáng)度的增長(zhǎng)率略有降低，但幅度不大。

[1]J. Farran.Revue des Materiaux de Contrution et de Travaux Publics,1995,25(20): 490-492.

[2]涂成厚.石灰石粉的應(yīng)用.國(guó)外建材科技, 1999, 20(4): 47-51.

[3]章春梅, V. S. Ramachandran. 碳酸鈣微集料對(duì)硅酸三鈣的水化的影響. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 1988, 16(2):110-117.

[4] 路平,路樹(shù)標(biāo).CaCO3對(duì)C3S水化的影響. 硅酸鹽學(xué)報(bào),1987, 15(4):289-294.

Effect of the use of limestone powder and cementitious materials on the workability and compressive strength of concrete

Yangliu,Songshaomin
(Beijing University of Civil Engineering and Architecture School of civil and transportation engineering,Beijing 100044)

The effect of limestone microtiller replacement of low-quality fly ash concrete was investigated. The workability and compressive strength of concrete were analyzed based on various proportions of limestone powder. Testing results show that incorporation of limestone powder leads to a decrease of slump loss.On the same slump loss limestone powder reduce water consumption and w/b. Increasing limestone microtiller replacement of low-quality fl y ash decrease growth rate of long-term strength on the same cement and cementitious materials.

limestone microtiller; low-quality fl y ash;concrete;workability;compressive strength of concrete

楊柳（1985-），女，碩士在讀。

[單位地址]北京建筑工程學(xué)院 北京展覽館路1號(hào)（100044）