石灰石粉應用于混凝土中的若干問題研究

鄧春林

（重慶拉法基智深混凝土有限公司，重慶 401220）

0 引言

近年來，磨細石灰石粉在我國混凝土行業中得到廣泛應用，試驗證明磨細石灰石粉具有一定的活性，能夠替代混凝土中的部分水泥和粉煤灰，同時能夠改善混凝土和易性和流變性，具有一定的經濟價值，其作用機理為：一是晶核效應，促進 C3S 水化，促進 C3A 反應，有利于混凝土早期強度發展；二是在化學作用上，碳酸鋁鹽的形成，抑制 Aft向 Afm 轉變，硅酸鹽水泥：C3A+CaSO4→AFt（鈣礬石），C3A+AFt→Afm（單硫型硫鋁酸鈣），當石灰石存在時：C3A+CaCO3→Mc/Hc（單碳/半碳鋁酸鈣），該機理得到了廣泛的驗證和應用。本文所指的磨細石灰石粉是采用石灰巖碎石粉磨出來的產品，有別于在生產碎石和機制砂的過程中產生的石灰石粉。

國內一些專家研究表明，磨細石灰石粉替代 5%～10%水泥時，混凝土早期強度有所提高，28 天強度基本保持不變，但是磨細石灰石粉替代水泥的比例不宜超過 20%，否則強度會呈直線下降。在磨細石灰石粉的應用當中，需要注意一些問題，才能夠產生較好的經濟效益、避免出現質量問題。有的地區存在將磨細石灰石粉冒充礦渣粉進行銷售，而混凝土攪拌站將這樣的偽“礦粉”當作真礦粉來使用，在混凝土生產中按照 S75 甚至 S95 級礦粉進行生產，這種不規范的做法會產生極大的質量風險，畢竟石灰石粉不是礦粉，二者不能等同。因此，在磨細石灰石粉的應用當中，我們必須要注意在配合比設計、材料檢驗、混凝土生產質量控制方面層層把控，才能正確應用磨細石灰石粉，防止造成質量事故。

1 石灰石粉活性與細度的關系、細度與成本的關系

研究表明，要使石灰石粉具有較好的活性和經濟性，需要將石灰石粉細度控制在一定范圍內。比較準確的表示石灰石粉細度的指標是比表面積，試驗表明，當磨細石灰石粉的比表面積低于 600cm2/g 時，其活性會呈現直線下降；而當磨細石灰石粉比表面積大于 900cm2/g 后，其活性增長非常微弱，同時粉磨石灰石粉的電耗會急劇上升，導致生產成本大幅增加。因此磨細石灰石粉的比表面積宜控制在600～900cm2/g內，這樣磨細石灰石粉既具有較好的活性也具有較低的生產成本，也就具有了一定的經濟性和使用價值，能夠應用于混凝土中，降低混凝土成本和提高混凝土性能。對于外購磨細石灰石粉的商品混凝土企業來說，在材料購買合同中就一定要約定一些重要的質量指標，其中石灰石粉的細度就是非常重要的一項指標，它關系到混凝土成本和質量，如果細度達不到要求，最終會影響混凝土的一系列性能；對于自行生產磨細石灰石粉的商品混凝土企業來說，對細度的控制就比較方便了，綜合考慮生產成本來確定最佳的細度，如果在進行粉磨的時候產生了粘球等現象還可以摻入一定量的粉煤灰來改善。圖1 為磨細石灰石粉的樣品，外觀呈灰白色，易起團，堆積密度較小。

圖1 磨細石灰石粉樣品

2 磨細石灰石粉中泥粉含量對石灰石粉活性的影響

如果在磨細石灰石粉的生產過程中帶入了泥土，就會使得石灰石粉含泥量過大，極大的影響石灰石粉的活性以及混凝土的性能，如泥粉吸附外加劑造成混凝土坍落度損失過大，混凝土強度因石灰石粉含泥量大而下降，混凝土耐久性也會受到較大的影響。因此，在石灰石粉生產過程中，應該先將石灰巖中的泥土和雜質去除，再進入磨機內進行粉磨，這樣生產出來的磨細石灰石粉才可能具有較高的品質。圖2為可用于磨細石灰石粉生產的潔凈 20～40mm 石灰巖碎石。目前對于磨細石灰石粉內泥粉含量還沒有一個較為準確的方法進行測定，比較通行的做法是參考人工砂亞甲藍試驗，使用亞甲藍試劑對石灰石粉的含泥量進行判定，可以考慮按人工砂試樣質量的 10%～15% 做為石粉試樣的質量，這樣結果才有參考作用，因為在做人工砂亞甲藍試驗時人工砂的石粉含量通常在 10%～15% 內，如果稱取和人工砂同樣質量的石灰石粉進行亞甲藍試驗試驗時，加入很多亞甲藍指示劑也不出現色暈，結果難于判定準確。

圖2 用于生產磨細石灰石粉的20～40mm 潔凈石灰巖碎石

3 石灰石粉混凝土長期體積穩定性

由于磨細石灰石粉細度比水泥還大，加入石灰石粉后，混凝土早期放熱速率加快，增加了混凝土因溫度應力而產生裂縫的風險。目前石灰石粉應用于混凝土中的行業標準已經在制定，但是由于還缺乏對石灰石粉混凝土長期體積穩定性的相關研究，因此，在石灰石粉應用時還是應當注意使用范圍，不宜用于重要工程或重要結構部位，而從非結構部位開始應用，避免對混凝土結構耐久性產生不利影響的風險。

4 石灰石粉水泥膠砂流動性及石灰石粉與外加劑的適應性

通過對不同細度的石灰石粉，以不同的摻量進行水泥膠砂流動度試驗，可以發現石灰石粉對水泥膠砂流動度的影響：石灰石粉摻量提高，水泥膠砂流動度顯著降低，石灰石粉的細度提高對膠砂流動度影響不明顯，600cm2/g 時最好。由于石灰石粉細度遠超過水泥，因此在摻入混凝土后，可以顯著改善混凝土和易性，增大混凝土初始坍落度。這是因為石灰石粉比水泥更細，可以充分的填充水泥顆粒之間的間隙，在膠凝材料總量不變的情況下，增加了漿體的體積，有效降低了混凝土離析和泌水的可能性，但是通過試驗可以發現，摻入石灰石粉的混凝土坍落度損失顯著增大，尤其是混凝土的流動性損失很快，1 小時后混凝土擴展度減小，基本失去流動性。其原因在于超細的石灰石粉吸附了外加劑，在繼續摻入外加劑后，混凝土又具有一定流動性了。因此在石灰石粉混凝土的生產中，如果坍落度損失太大難以控制時，有條件的可以采用后摻外加劑的辦法來解決這個問題。

5 石灰石粉在混凝土生產中的一些問題分析

磨細石灰石粉極易受潮，并且受潮后易結團，在筒倉內造成空拱現象，難以進入螺旋輸送機，影響混凝土生產速度，因此必須嚴格控制石灰石粉在進入筒倉時的含水量，在進入筒倉后不宜貯存太久，應盡快使用。圖3 為石灰石粉受潮后在筒倉中的空拱現象。

對于摻磨細石灰石粉的混凝土生產質量控制來說，應該要注意幾點：一是混凝土坍落度損失問題，需要提高混凝土坍落度以及坍落度經時損失的檢測頻率，并定期進行外加劑與磨細石灰石粉的適應性試驗，防止因適應性出現問題造成混凝土坍落度經時損失過大，無法正常進行混凝土澆筑，甚至導致質量問題；二是要多留置不同齡期的試件，掌握混凝土強度發展規律，及時進行配合比調整；三是對使用人工砂配制混凝土摻入磨細石灰石粉時，更應該注意人工砂中石粉與磨細石灰石粉疊加對混凝土性能的影響。

圖3 石灰石粉在筒倉中的空拱現象

6 結束語

石灰石粉在混凝土中科學、合理的應用，有利于提高混凝土工程的質量，同時提高石灰石粉在混凝土中的利用率，可以降低水泥用量，降低混凝土生產成本，促進節能、降耗、低碳和可持續發展。磨細石灰石粉摻入到混凝土充當摻合料，已成為今后混凝土工業的研究熱點和發展趨勢，磨細石灰石粉還屬于一種新興的摻合材料，如何正確的使用磨細石灰石粉是今后需要全行業去總結經驗和關注的問題。每一種新型的材料在使用的過程中，都會出現一些問題，如粉煤灰在 90 年代開始應用于混凝土當中時，也有許多反對的聲音，認為粉煤灰沒多大活性、在混凝土中摻入粉煤灰會產生質量問題，許多人都不敢去使用它，而事實證明，粉煤灰不僅具有活性而且能提高混凝土性能，使其從工業廢物變成了搶手的混凝土摻合料。因此，在應用于混凝土中的時候，我們應該敢為天下先，科學地去應用磨細石灰石粉，只有我們掌握了磨細石灰石粉的特性，才能有效避免磨細石灰石粉在應用的過程中出現問題，在為企業帶來經濟效益的同時也實現了綠色、環保和可持續發展的戰略。