石灰石粉在自密實混凝土中的應(yīng)用綜述

楊海濤（中山市東峻混凝土有限公司）

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石灰石粉在自密實混凝土中的應(yīng)用綜述

楊海濤
（中山市東峻混凝土有限公司）

【摘要】隨著現(xiàn)代建筑科技的發(fā)展，自密實混凝土的應(yīng)用范圍不斷擴大，對其自身的成本和性能也提出了更高的要求。礦物摻合料是現(xiàn)代混凝土不可缺少的組分之一。本文主要介紹了石灰石粉的性能要求、摻石灰石粉自密實混凝土配合比設(shè)計中的注意問題以及其對自密實混凝土性能的影響。

【關(guān)鍵詞】石灰石粉；自密實混凝土；工作性；力學(xué)性能；收縮性能；耐久性

1　引言

混凝土是當(dāng)今世界上用量最大、應(yīng)用范圍最廣的建筑材料。隨著現(xiàn)代建筑科技的發(fā)展和人們對建筑的使用功能的要求日益提高，新型、異型結(jié)構(gòu)和高層超高層建筑越來越多，對現(xiàn)代建筑的設(shè)計和施工技術(shù)提出了更高的要求。新型高性能混凝土材料不斷出現(xiàn)，如彩色混凝土、生態(tài)混凝土、透光混凝土、自密實混凝土、導(dǎo)電混凝土等。

自密實混凝土（Self-Compacting Concrete，簡稱SCC）是指具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時無需外力振搗，能夠在重力作用下流動并充滿模板空間的混凝土（JGJT 283-2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》）。自密實混凝土拌合物具有高可施工性，硬化混凝土具有良好的力學(xué)性能和耐久性，其應(yīng)用范圍不斷擴大。為了提高混凝土的工作性自密實混凝土的膠凝材料用量較多，不僅造成資源的浪費，而且較高的活性膠凝材料用量還會影響硬化混凝土的體積穩(wěn)定性和耐久性。相關(guān)研究表明，采用惰性（或半惰性）礦物摻合料取代部分活性膠凝材料的措施來增加混凝土中的漿體量，增加或者改善自密實混凝土的工作性是可行的。

磨細(xì)石灰石粉被用作混凝土摻合料在國外一些發(fā)達(dá)國家已較為普遍。日本把磨細(xì)石灰石粉廣泛地應(yīng)用于噴射混凝土、高流動性混凝土和自密實混凝土中，取得了良好的效果。隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模開展，粉煤灰、礦渣粉等傳統(tǒng)礦物摻合料在一些地區(qū)日益緊缺。而石灰石粉作為容易獲取、質(zhì)優(yōu)價廉的新型礦物摻合料已經(jīng)逐步得到應(yīng)用。為了指導(dǎo)和規(guī)范石灰石粉在混凝中的應(yīng)用，中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2014年發(fā)布了《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJT 318-2014）。研究磨細(xì)石灰石粉在自密實混凝土中的應(yīng)用不僅可以降低混凝土生產(chǎn)成本、降低能耗，而且有利于保護(hù)環(huán)境，對于混凝土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[1,2]。

2　石灰石粉的性能要求

《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJT 318-2014）中對石灰石粉的定義為：以一定純度的石灰石為原料，經(jīng)粉磨至規(guī)定細(xì)度的粉狀材料。石灰石粉在混凝土應(yīng)用中應(yīng)主要檢測碳酸鈣含量、細(xì)度、活性指數(shù)、流動度比、放射性等指標(biāo)。當(dāng)石灰石粉用于有堿活性骨料配制的混凝土?xí)r，應(yīng)加強對堿含量的控制。石灰石粉質(zhì)量要求為：碳酸鈣含量（wt.%）>75%、細(xì)度（45um方孔篩篩余，wt.%）<15%、7d和28d活性指數(shù)>60%、流動度比>100%。放射性核素限量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑材料放射性核素限量》GB 6566的規(guī)定。在實際應(yīng)用中，可以測試石灰石粉的比表面積和采用激光粒度分析儀測試石灰石粉的粒徑分布為自密實混凝土的配合比設(shè)計提供數(shù)據(jù)支持。石灰石粉中的雜質(zhì)含量（尤其是含泥量）對混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性等均有重要影響。因此，石灰石粉應(yīng)用中應(yīng)加強對雜質(zhì)含量的檢測，采用純度較高的石灰石粉。

3　摻石灰石粉自密實混凝土配合比設(shè)計中應(yīng)注意的問題

摻石灰石粉自密實混凝土配合比設(shè)計應(yīng)按照《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJT 283-2012）和《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJT 318-2014）進(jìn)行。同時，應(yīng)注意以下幾點：

⑴石灰石粉在自密實混凝土中的摻量應(yīng)通過試驗確定，力學(xué)性能和耐久性應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計和所處環(huán)境等的要求，特別是在凍融環(huán)境和硫酸鹽侵蝕環(huán)境；

⑵為了保證混凝土質(zhì)量，復(fù)合摻合料中石灰石粉的摻量不應(yīng)超過單摻時的最大摻量。同時，為改善混凝土性能宜與粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉等摻合料復(fù)摻使用；

⑶配合比設(shè)計時，應(yīng)將石灰石粉用量計入膠凝材料用量；

⑷在混凝土配合比水膠比計算中，膠凝材料28d膠砂抗壓強度值宜根據(jù)試驗確定；

⑸摻石灰石粉自密實混凝土宜采用較低的水膠比，以保證其力學(xué)性能和耐久性；

⑹外加劑應(yīng)根據(jù)石灰石粉的性能進(jìn)行合理的調(diào)整，以滿足自密實混凝土的配制要求。

⑺在混凝土施工前，應(yīng)采用設(shè)計配合比進(jìn)行試生產(chǎn)并對配合比進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

4　石灰石粉對自密實混凝土性能的影響

相關(guān)研究及工程實踐表明，適宜的石灰石粉摻量有利于改善新拌混凝土性能，降低混凝土水化熱，減小混凝土收縮，降低大體積混凝土開裂的風(fēng)險，對混凝土強度及耐久性影響不大，石灰石粉摻量過大則會對混凝土的強度及抗凍性、抗硫酸鹽侵蝕等耐久性能及體積穩(wěn)定性等產(chǎn)生較大影響。

曹鵬飛[1]等人的研究表明：石灰石粉可以明顯改善自密實混凝土的流動性、保水性和粘聚性，提高可施工性；石灰石粉的摻量對混凝土的彈性模量和劈拉強度影響較大；石灰石粉作為一種低活性材料，其摻量以13% ～18%為宜，可以通過降低水膠比或者與粉煤灰、礦渣微粉等礦物摻合料復(fù)摻來提升混凝土性能；石灰石粉可以降低混凝土的自收縮，28d自收縮不超過0.03%，較對比組混凝土降低約70%；在相同水膠比的前提下，隨著石灰石粉摻量的增加，混凝土力學(xué)性能和抗氯離子滲透能力逐漸降低。

聶虎等人的研究表明：適量超細(xì)石灰石粉的摻入可以改善高強自密實混凝土和易性，降低其屈服應(yīng)力和塑性粘度。同時，可以降低混凝土流動性的經(jīng)時損失，這一改善作用隨著石灰石粉細(xì)度的提高而越來越明顯；超細(xì)石灰石粉摻量較低時對混凝土抗壓強度影響不大，但摻量較大時對混凝土強度有不利影響。超細(xì)石灰石粉可以降低高強自密實混凝土早期自生體積變形，隨著摻量的增加，該作用越明顯，最高可降低混凝土自收縮17%[3～6]。

南峰[7]等人的研究表明：適量石灰石粉的摻入可以改善自密實混凝土的工作性、力學(xué)性能（特別是提高混凝土的早期強度）和耐久性；石灰石粉替代粉煤灰的摻量以摻合料總量的20%為宜，摻量過大會對混凝土的耐久性產(chǎn)生不利影響。在水灰比相同的條件下，隨著石灰石粉摻量的增加，混凝土力學(xué)性能和抗氯離子滲透性能逐漸降低。

楊欣[8]等人的研究表明：石灰石粉作為礦物摻合料使用時，自密實混凝土有較好的工作性和耐久性，可用于中低強度等級的自密實混凝土；隨著石灰石粉取代粉煤灰量的增大混凝土力學(xué)性能逐漸降低，尤其是后期強度；隨著石灰石粉取代礦渣粉量的增大混凝土耐久性指標(biāo)（抗氯離子滲透性能和抗凍性能）逐漸降低，以混凝土抗凍性能為例，最高降低程度為33%。

陳劍雄[9]等人研究了超磨細(xì)鋰渣、石灰石粉復(fù)合摻合料對自密實混凝土工作性和強度的影響。在鋰渣摻量為15%時，摻加20%以上石灰石粉可以改善自密實混凝土工作性，但混凝土早期強度增長較慢，后期強度與對比混凝土相當(dāng)。石灰石粉摻量高達(dá)30%時，仍可以配制出高強自密實混凝土。鋰渣與石灰石粉復(fù)摻時,能置換45%的水泥，單方混凝土水泥用量僅330kg，且混凝土能達(dá)到C80以上高強自密實混凝土的水平。

崔玉亮[10]等人的研究表明：隨著石灰石粉的比表面積從3500cm2/g增加到7000cm2/g，自密實混凝土在不同齡期的強度均有所增加，表明石灰石粉細(xì)度對混凝土強度有一定程度的影響；隨著石灰石粉摻量的增加，自密實混凝土強度表現(xiàn)出先增加后減小的規(guī)律；石灰石粉摻量的合適范圍在10%左右，在此摻量范圍內(nèi)自密實混凝土具有較好的工作性能及力學(xué)性能。

武會強[2]結(jié)合固定砂石體積法提出了基于砂漿流動性能的低強自密實混凝土配合比設(shè)計方法，研究了石灰石粉摻量與自密實混凝土強度之間的關(guān)系，二者之間表現(xiàn)出明顯的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)在0.95以上。隨著石灰石粉摻量的增加，自密實混凝土的抗碳化性能和抗氯離子滲透性能逐漸變差。壓汞（MIP）分析結(jié)果表明，自密實混凝土隨著石灰石粉摻量的增加，中值孔徑逐漸增大，多害孔和有害孔的數(shù)量逐漸增加，無害孔和少害孔的數(shù)量大致呈現(xiàn)逐漸減少的規(guī)律，表明隨著石灰石粉摻量的增加混凝土的孔結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出劣化程度逐漸增大的規(guī)律，這也與耐久性試驗結(jié)果相吻合。

王成啟[11～13]等人開展了石灰石粉對海工自密實高性能混凝土性能影響的研究，相關(guān)研究結(jié)果表明：石灰石粉和粉煤灰的摻入有利于降低自密實混凝土的早期自收縮和干燥收縮，有利于提高自密實混凝土的抗裂性。

在石灰石粉和粉煤灰總摻量在40%的前提下，摻入10%～30%的石灰石粉自密實混凝土具有較高的流動性、填充性和抗離析性等性能，滿足自密實混凝土的施工要求；同時，混凝土具有較高的抗壓強度和抗氯鹽侵蝕性能，56d電通量小于1000C，90d氯離子擴散系數(shù)小于1.5×10-12m2/s，滿足海洋環(huán)境下混凝土抗氯鹽侵蝕性能要求。

石灰石粉、粉煤灰和礦渣粉的摻入可以有效降低自密實混凝土的水化熱和絕熱溫升最高溫度。粉煤灰和礦渣粉復(fù)摻、礦渣粉與石灰石粉復(fù)摻效果較好，早期水化較低，7d的絕熱溫升低于50℃，有利于大體積混凝土的溫度裂縫控制。

5　結(jié)語

石灰石粉來源廣泛、可加工性好、價格相對較低，在混凝土中應(yīng)用不僅可以改善混凝土性能，而且可以降低能耗、減少環(huán)境污染，具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益，有利于混凝土產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。石灰石粉可以明顯改善自密實混凝土的工作性，提高混凝土的抗裂性，降低自密實混凝土的生產(chǎn)成本，解決高流動性帶來的高膠凝材料用量和混凝土強度偏高及抗裂性差之間的矛盾。但在凍融環(huán)境和硫酸鹽侵蝕環(huán)境下，石灰石粉的摻量應(yīng)經(jīng)相關(guān)試驗驗證。摻石灰石粉自密實混凝土配合比設(shè)計時應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。石灰石粉活性相對較低，混凝土強度早期較低，應(yīng)適當(dāng)延長摻石灰石粉混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)時間。

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