不同比例石灰石粉與膠凝材料對混凝土工作性及強度的影響

楊柳，宋少民

（北京建筑工程學院土木與交通工程學院，北京100044）

不同比例石灰石粉與膠凝材料對混凝土工作性及強度的影響

楊柳，宋少民

（北京建筑工程學院土木與交通工程學院，北京100044）

論文針對石灰石超細粉與低品質粉煤灰復摻對混凝土性能的影響進行了研究。通過對不同比例石灰石超細粉摻量下新拌混凝土性質、強度發展規律的試驗與分析，考察石灰石超細粉在混凝土中的作用與效果。試驗結果表明摻石灰石超細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，石粉摻量的增加會使混凝土長期強度增長率略有減小。

石灰石超細粉；低品質粉煤灰；混凝土；和易性；強度

1 概述

近年來, 水利、交通、工民建等建設工程規模空前發展,我國部分地區面臨優質粉煤灰供應緊缺問題, 尤其是西南地區這一情況更為突出。 而且粉煤灰的遠距離輸送也大大提高了混凝土的生產成本。因此, 尋找一種可就近取材、質優價廉的新型礦物摻合料迫在眉睫。石灰石粉因其易于粉磨、低反應活性、低需水量比、可就近取材等特點可作為粉煤灰的補充。石灰石粉是以生產石灰石碎石和機制砂時產生的石粉和石屑為原料，通過進一步粉磨制成的粒徑不大于10μm的細粉，在混凝土中具有良好的減水和填充效應。大量研究[1]表明石灰石粉不完全是一種惰性混合材料，一些研究人員通過研究發現石灰石粉對混凝土強度是有貢獻的，它參與了混凝土的水化反應[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，隨著高細粉磨技術的進步，利用石灰石粉作為混凝土礦物摻合料是可行的。

2 試驗用原材與試驗方法

2.1 原材料

1)水泥

本實驗采用P·O42.5水泥，水泥的主要性能指標見表1。

2)粉煤灰

本次試驗采用等外級粉煤灰，其化學成分及品質指標見表2及表3。

表1 水泥的物理力學技術指標

表2 粉煤灰的化學成分檢測結果

表3 粉煤灰部分品質指標檢測結果

3)石灰石粉

其細度45μm篩余為2.2%，需水量比為94%，其化學成分見表4。

表4 石灰石粉的化學成分檢測結果 %

4)細集料

細度模數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、壓碎指標符合現行國家標準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 試驗配合比

本試驗考察摻不同石灰石粉對混凝土水膠比及工作性等性能的影響。混凝土配合比見表5。基準試樣組1不摻石灰石粉（LS），只摻粉煤灰（FA）。其配合比為基準配合比。試驗試樣組2～11組中礦物摻合料替代50%水泥，石灰石粉摻量逐漸增加，其余參數均和基準配合比中的相同。混凝土強度配合比見表6。

表5 不同石灰石粉摻量比例新拌混凝土性能試驗配合比 kg/m3

表6 不同石灰石粉摻加比例混凝土各齡期強度試驗配合比 kg/m3

3 結果與分析

3.1 石灰石粉與低品質粉煤灰復摻對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，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，隨著石灰石粉的摻加量增加明顯減少了混凝土的經時坍落度損失。其中，石灰石粉摻量大于礦物摻合料的50%時，1h坍落度損失明顯降低，從105mm降到35mm。

表7 石灰石粉與低品質粉煤灰復摻對混凝土坍落度損失的影響

圖1 石灰石粉與低品質粉煤灰復摻對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效應和填充效應。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，且比表面積很低，因此增加了拌合物的流動性。由于石灰石粉比水泥顆粒細度小，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 石灰石粉與低品質粉煤灰復摻同坍落度下對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，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 石灰石粉與低品質粉煤灰復摻同坍落度下對混凝土水膠比的影響

圖2 石灰石粉與低品質粉煤灰復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效應和填充效應，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，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，減少用水量的同時保持混凝土拌合物良好的和易性。

3.4 石灰石粉與低品質粉煤灰復摻對混凝土強度的影響

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

表9石灰石粉與低品質粉煤灰復摻對混凝土強度的影響MPa

圖3 石灰石粉摻量對同膠凝材料混凝土強度的影響

圖4 同石灰石粉摻量下不同膠材用量對混凝土強度的影響

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時同等石粉摻量比例下混凝土長期強度變化。總體上看，在水膠比基本相同時，膠凝材料用量變化對各齡期強度影響不大。

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

4 結論

（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，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，隨著石灰石粉相對于低品位粉煤灰量的增加，對混凝土的早期強度并沒有影響，但會使長期強度的增長率略有降低，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.石灰石粉的應用.國外建材科技, 1999, 20(4): 47-51.

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

[4] 路平,路樹標.CaCO3對C3S水化的影響. 硅酸鹽學報,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]北京建筑工程學院 北京展覽館路1號（100044）