石灰石粉作為混凝土礦物摻合料對(duì)混凝土性能及耐久性的影響

喬云武

（華新混凝土技術(shù)中心，湖北　武漢　430080）

石灰石粉作為混凝土礦物摻合料對(duì)混凝土性能及耐久性的影響

喬云武

（華新混凝土技術(shù)中心，湖北武漢430080）

石灰石破碎過程中會(huì)產(chǎn)生大量石粉，造成環(huán)境污染和資源浪費(fèi).如果能合理有效地利用這些石粉，不僅可以節(jié)約資源，還能改善環(huán)境，從而取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。如果能將其稍作加工，作為輔助膠凝材料使用，替代日益緊缺的礦粉和粉煤灰，對(duì)于解決實(shí)際工程的原材料緊缺問題、降低工程造價(jià)和環(huán)保等將具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，將有效的推動(dòng)混凝土的可持續(xù)發(fā)展，是綠色建材的重要方向之一。

石灰石粉；混凝土；摻合料

0　前言

石灰石粉以 CaCO3為主要成分，是將石灰石經(jīng)機(jī)械磨細(xì)產(chǎn)生的粉末狀材料。石灰石粉作為混凝土礦物摻合料雖然有大量的研究，但在我國的實(shí)際工程中并沒有得到大規(guī)模的應(yīng)用，其主要原因是人們對(duì)石灰石礦物摻合料對(duì)混凝土性能影響規(guī)律的認(rèn)識(shí)不夠，沒有真正掌握石灰石礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)，且不同研究者所得研究結(jié)果也不盡相同[1]。其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》）還在征求意見當(dāng)中。

1　試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1原材料

水泥：華新 P?O42.5 水泥，相關(guān)性能指標(biāo)見表 1。

表1　水泥性能指標(biāo)

礦粉：武鋼華新礦粉，相關(guān)性能指標(biāo)見表 2。

表2　礦粉性能指標(biāo)

粉煤灰：青源電廠粉煤灰，相關(guān)性能指標(biāo)見表 3。

表3　粉煤灰性能指標(biāo)

砂：洞庭湖河砂，相關(guān)性能指標(biāo)見表 4。

表4　河砂性能指標(biāo)

石：陽新骨料廠碎石，相關(guān)性能指標(biāo)見表 5。

表5　碎石性能指標(biāo)

石灰石粉：相關(guān)性能指標(biāo)見表 6。

表6　石灰石粉性能指標(biāo)

1.2試驗(yàn)方法

按照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》，GB/T 50082－2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)。

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1石灰石粉對(duì)混凝土工作性能及強(qiáng)度的影響

為了驗(yàn)證使用石灰石粉替代混凝土中各組分膠凝材料后對(duì)混凝土的影響，我們采用普通 C30 配合比，使用石灰石粉替代不同比率的水泥、礦粉、粉煤灰來觀察混凝土各項(xiàng)性能的變化。

石灰石粉取代水泥后，對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間幾乎沒有影響，但混凝土的含氣量有所下降，這是因?yàn)槭沂垲w粒更小，部分取代水泥后填充效應(yīng)更明顯，因而導(dǎo)致含氣量下降?；炷镣饧觿搅恐鸩浇档?，

這是因?yàn)槭沂郾砻嬷旅芄饣伊鲃?dòng)度比大，需水量低，因而外加劑摻量下降[2]。當(dāng)石灰石粉取代水泥率超過10% 時(shí)，強(qiáng)度下降較為明顯。從下面兩張圖中我們可以明顯的看到石灰石粉取代部分水泥后對(duì)混凝土外加劑摻量及強(qiáng)度影響的規(guī)律。

圖1　石灰石粉取代水泥率對(duì)混凝土工作性能的影響

圖2　石灰石粉取代水泥率與混凝土強(qiáng)度關(guān)系圖

為了更進(jìn)一步研究石灰石粉作為礦物摻合料對(duì)混凝土的影響，我們分別采用石灰石粉取代粉煤灰和礦粉（粉煤灰取代率 0～100%，礦粉取代率 0%～60%），試驗(yàn)結(jié)果見圖 3、4。

圖3　石灰石粉取代粉煤灰

圖4　石灰石粉取代礦粉

從圖 3 和圖 4 的數(shù)據(jù)可以看出，隨著取代率增加，外加劑摻量逐步下降，坍落度損失變化不大，這兩點(diǎn)均與取代水泥相同。

2.2石灰石粉對(duì)混凝土收縮性能的影響

為進(jìn)一步探究摻入石灰石粉后，對(duì)混凝土耐久性方面的影響，我們采用大冶的石灰石粉使用表 7 中的配比 1、2、3，使用非接觸式混凝土收縮變形測(cè)定儀對(duì)混凝土 1～60d 收縮值進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)如下。

圖5　石灰石粉取代水泥率與混凝土收縮率關(guān)系圖

從圖 5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以明顯的看出，摻入石灰石粉后，混凝土的抗收縮能力明顯增強(qiáng)，且摻入石灰石粉的量越大，其抗收縮能力越強(qiáng)，呈正相關(guān)趨勢(shì)。

上述現(xiàn)象的形成原因可以歸結(jié)為：①石灰石粉中的CaCO3和水泥中的 C3A 形成了膨脹性的產(chǎn)物水化碳鋁酸鈣；②石灰石粉表面光滑，消耗水量低，在低水膠比的情況下相當(dāng)于增加了水/水泥的比例，因此能夠改善由于自干燥作用而產(chǎn)生的自收縮效應(yīng)，并且這種作用隨著石灰石粉摻量的增加而增加[3]。

3　結(jié)論

（1）開發(fā)利用石灰石粉有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值，試驗(yàn)證明其做為混凝土摻合料是可行的。（2）用石灰石粉替代部分現(xiàn)有混凝土中的膠凝材料，對(duì)混凝土的凝結(jié)時(shí)間影響不大，并能在降低外加劑摻量的情況下，保證混凝土的各項(xiàng)工作性能。（3）試驗(yàn)證明當(dāng)石灰石粉活性達(dá)到 70% 以上時(shí)，可部分取代水泥，最佳取代量為 10% 左右，并可等量取代粉煤灰和部分取代礦粉（本試驗(yàn)為 60% 以下）。（4）石灰石粉的摻入可改善混凝土的早期抗裂性能，并提高混凝土的抗收縮性能。

由于石灰石粉相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)暫未發(fā)布實(shí)施，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍在審議當(dāng)中，本試驗(yàn)可作為其前期應(yīng)用的驗(yàn)證。試驗(yàn)證明石灰石粉的 3d 活性與 28d 活性相差不大，實(shí)際生產(chǎn)中可先測(cè)得其 3d活性后再使用，當(dāng)活性小于 60% 時(shí)，應(yīng)放棄使用，以免對(duì)混凝土強(qiáng)度造成較大影響。而當(dāng)活性在 60%～70% 之間時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高膠凝材料用量，以避免強(qiáng)度產(chǎn)生較大波動(dòng)。

[1] 李化建； 趙國堂； 謝永江，等．石灰石粉作為混凝土礦物摻合料的研究．鐵道建筑，2012(4)：141-144．

[2] 熊遠(yuǎn)柱，萬慧文．石灰石粉對(duì)混凝土性能的影響。混凝土，2010(9)：96-98．

[3] 馬燁紅，吳笑梅，樊粵明，等．石灰石粉作摻合料對(duì)混凝土工作性能的影響．混凝土，2007(6)：61-64．

［通訊地址］湖北省武漢市沌口路 華新混凝土技術(shù)中心（430080）

喬云武，工程師。