石灰石粉引起混凝土收縮的抑制措施研究

汪丕明，蕭樹忠，李如峰，張玲，馬莎莎

（濟南長興建設(shè)商砼有限公司，山東　濟南　250300）

石灰石粉引起混凝土收縮的抑制措施研究

汪丕明，蕭樹忠，李如峰，張玲，馬莎莎

（濟南長興建設(shè)商砼有限公司，山東濟南250300）

為了探討石灰石粉引起混凝土收縮量增大的抑制措施，分別采用脂肪族減水劑和聚羧酸減水劑進行試驗，研究了人工砂中的石灰石粉含量對混凝土收縮量的影響。結(jié)果表明：混凝土的干燥收縮量隨石粉含量的增加而增大；相比于脂肪族減水劑，采用聚羧酸減水劑對于抑制人工砂混凝土的干燥收縮具有明顯效果，可以降低混凝土的開裂敏感性；在人工砂混凝土中摻加聚羧酸減水劑對于減少人工砂生產(chǎn)過程中石灰石粉的外排量，降低環(huán)境污染，提高混凝土的體積穩(wěn)定性具有積極意義。

石灰石粉；混凝土；收縮；減水劑

0　引言

隨著我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對混凝土的需求量也越來越大，單靠天然河砂難以滿足生產(chǎn)需求。為有效解決這一難題，很多石灰石資源豐富的地區(qū)已著力發(fā)展人工砂在商品混凝土中的應用。但在人工砂的生產(chǎn)應用過程中仍存在很多問題，主要表現(xiàn)在：（1）人工砂在生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量的石粉，如果這部分石灰石粉不能得到有效利用，既會造成資源浪費，又會影響當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境。（2）如果混凝土的膠凝材料體系中石灰石粉的含量過大，則會引起混凝土收縮過大，產(chǎn)生裂縫的機率會大大增加，不利于混凝土結(jié)構(gòu)體積穩(wěn)定性和耐久性的提高。所以，為了有效解決當前出現(xiàn)的問題，提高人工砂在混凝土中的應用效果，降低石灰石粉對外部環(huán)境的污染，降低混凝土的收縮，非常有必要研究石灰石粉引起的混凝土收縮的抑制措施。

從材料角度出發(fā)，降低混凝土收縮的技術(shù)措施一般是在混凝土中加入纖維或膨脹劑。一般認為，使用膨脹劑對施工的技術(shù)和后期養(yǎng)護要求較高，且會使混凝土的生產(chǎn)成本增加；在混凝土中加入纖維可使混凝土內(nèi)部的微裂縫得到細化，但會降低新拌混凝土的泵送性能，增加減水劑用量，勢必會增加混凝土的材料成本。聚羧酸減水劑是一種新型的高性能減水劑，它不僅具有減水功效，同時對降低混凝土的收縮具有良好的效果，聚羧酸減水劑相比于常用的萘系減水劑或脂肪族減水劑在降低混凝土收縮方面具有明顯優(yōu)勢，聚羧酸減水劑能夠降低混凝土中的毛細管張力，使用技術(shù)簡單方便，是今后混凝土外加劑的發(fā)展趨勢。所以，筆者嘗試將聚羧酸減水劑應用到人工砂混凝土中，探討聚羧酸減水劑對石灰石粉引起的混凝土收縮的抑制作用。

1試驗材料

1.1石灰石粉

試驗采用的石灰石粉需水量比為91%，45μm 方孔篩篩余為15%，其化學成分見表1，其微觀形態(tài)見圖1。

1.2減水劑

由于采用的人工砂中含泥量低，為聚羧酸的使用創(chuàng)造了良好條件。試驗過程中采用山東省建筑科學研究院生產(chǎn)的脂肪族減水劑和聚羧酸減水劑。 具體性能如表2所示。

表1　石灰石粉的化學成分　%

圖1　石灰石粉的微觀形態(tài)

表2　脂肪族與聚羧酸減水劑的主要性能指標　%

1.3其它材料

水泥采用 P·O42.5水泥，粉煤灰為 Ⅱ 級粉煤灰，礦粉為S95?；郀t礦渣粉。作為對比試驗的河砂細度模數(shù)為2.8，含泥量為2.6%。采用石粉含量分別為4%、6%、8% 和10%的人工砂進行對比試驗，人工砂與石灰石粉來自同一石灰石母巖，顆粒級配符合 Ⅱ 區(qū)。

2　試驗方案

采用相同的混凝土配合比進行對比試驗，其水膠比為0.46，容重為2400kg/m3，河砂混凝土采用 C 來表示。分別采用石粉含量為4%、6%、8% 和10% 的人工砂制備混凝土，據(jù)此進行混凝土編號分別為 C-4%、C-6%、C-8% 和 C-10%。混凝土試驗配合比見表3。

表3　混凝土配合比　kg/m3

分別采用脂肪族減水劑和萘系減水劑按上述配合比進行混凝土配合比試驗，成型混凝土試件，并測量不同混凝土在不同齡期的收縮率。

混凝土干燥收縮試驗步驟和數(shù)據(jù)處理參照 GB/T50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。混凝土干燥收縮試驗采用架設(shè)千分表的形式進行測試，試件尺寸為100mm×100mm×400mm，如圖2所示。

圖2　混凝土干燥收縮試驗

3　試驗結(jié)果與分析

圖3為采用脂肪族減水劑時，人工砂中的石粉含量對混凝土干燥收縮的影響。

從圖3可以看出，混凝土的干燥收縮90d 后慢慢趨于穩(wěn)定，基本達到180d 干燥收縮的85% 以上；相比于河砂混凝土，采用人工砂制備混凝土的干燥收縮量有所增加。石粉含量分別為4%、6%、8% 和10% 的人工砂制備的混凝土穩(wěn)定干燥收縮分別增加了4.5%、5.5%、12.8% 和22.3%，由此可見，混凝土的干燥收縮隨石粉含量的增加而增大。

圖3　石粉含量對混凝土干燥收縮的影響（脂肪族減水劑）

石粉具有一定的微集料填充效應，可以降低混凝土孔隙率，改善漿體內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，而孔徑細化對混凝土干燥收縮有著正負兩方面的影響：一方面使?jié){體大孔數(shù)量減少，小孔增加，蒸發(fā)相同水分使硬化漿體受到的毛細管力增大從而增加混凝土干燥收縮值。另一方面，孔徑細化可以提高混凝土自身強度，增強自身抵抗變形能力，同時使可蒸發(fā)水遷移困難，從而減小干燥收縮并減緩了其發(fā)展速度。從試驗結(jié)果可以看出，其負面影響大于正面影響，最終表現(xiàn)為石灰石資源全利用制備混凝土增加了干燥收縮。

圖4為采用聚羧酸減水劑時，人工砂中的石粉含量對混凝土干燥收縮的影響。

圖4　石粉含量對混凝土干燥收縮的影響（聚羧酸減水劑）

結(jié)合圖3和圖4可以看出，采用聚羧酸減水劑后，明顯地降低了混凝土的干燥收縮，相比于脂肪族減水劑制備的混凝土，石粉含量為4%、6%、8% 和10% 的人工砂制備的混凝土干燥收縮分別降低了9.3%、8.7%、12.3% 和12.6%。由此可見，采用聚羧酸減水劑對于降低人工砂混凝土的干燥收縮具有明顯效果，可以降低混凝土的開裂敏感性。

4結(jié)論

（1）采用人工砂制備的混凝土，其干燥收縮量隨石粉含量的增加而增大。石粉含量分別為4%、6%、8% 和10%的人工砂制備的混凝土穩(wěn)定干燥收縮相比河砂混凝土增加了4.5%、5.5%、12.8% 和22.3%。

（2）采用聚羧酸減水劑可明顯降低混凝土的干燥收縮。相比于采用脂肪族減水劑制備的混凝土，石粉含量為4%、6%、8% 和10% 的人工砂制備的混凝土干燥收縮分別降低了9.3%、8.7%、12.3% 和12.6%。

（3）采用聚羧酸減水劑對于降低人工砂混凝土的干燥收縮具有明顯效果，可以降低混凝土的開裂敏感性。

［單位地址］山東省濟南市長清區(qū)炒米店村南（250300）

汪丕明，濟南長興建設(shè)商砼有限公司，高級工程師。