淺談石灰石粉對碾壓混凝土力學性能和耐久性能的影響

趙 哲 馬志廣

(1.石家莊滹沱新區投資開發有限公司，河北石家莊 050800; 2.南水北調中線干線工程建設管理局河北直管建管部，河北石家莊 050035)

淺談石灰石粉對碾壓混凝土力學性能和耐久性能的影響

趙 哲1馬志廣2

(1.石家莊滹沱新區投資開發有限公司，河北石家莊 050800; 2.南水北調中線干線工程建設管理局河北直管建管部，河北石家莊 050035)

石粉作為碾壓混凝土材料的新組分，符合綠色混凝土的發展思路，其作用越來越受到人們的重視。本文通過內摻法研究不同摻量的石灰石粉對碾壓混凝土力學性能和耐久性能的影響。結果表明，適宜的石灰石粉摻量對改善碾壓混凝土的工作性能作用明顯;石灰石粉與水泥二次反應效果良好，同時密度比水泥低，對提高碾壓混凝土的早期抗壓強度、極限拉伸值和降低靜力抗壓彈性模量具有明顯優勢;石灰石粉的加入對碾壓混凝土抗滲性能無不利影響;過量的石灰石粉摻量會降低混凝土的抗凍性能。

石灰石粉;碾壓混凝土;工作性能;力學性能;耐久性能

碾壓混凝土是一種干硬性貧水泥的混凝土，碾壓混凝土筑壩技術是世界筑壩史上的一次重大技術創新，其主要施工過程為混凝土入倉，薄層鋪筑、碾壓。與普通常態混凝土相比，碾壓混凝土具有機械化程度

高、成本低、施工工期短等優點。碾壓混凝土壩體積較大，大量地摻用摻和料對減緩水化熱溫升、減少溫度裂縫具有重要作用。在水工混凝土中常用的摻和料有粉煤灰、高爐礦渣粉、硅粉等，而粉煤灰在水工混凝土用摻和料中一直處于主導地位。近年由于大量水利工程及房建工程的開工，導致粉煤灰、礦粉、硅粉等摻和料貨源緊缺，價格上漲。本著節約資源、變廢為寶、保護環境和可持續發展的思路，探索研究新型摻和料已然成為混凝土技術發展的必然趨勢。在我國，有大量的采石場，不管是生產石材工藝品、石質板材或是生產混凝土用粗細骨料時，都會產生大量的石粉。在國內石粉是指經加工后粒徑小于0.16mm的細微巖石顆粒，而國外則指小于0.075mm的顆粒，石粉作為摻和料在碾壓混凝土中的應用越來越受到人們的重視［2］。石灰石是生產水泥的重要原料，使用石灰石粉與水泥具有良好的復合效果。使用石灰石粉作為碾壓混凝土的摻和料，既可變廢為寶，有利于保護環境減少粉塵堆放，又具有良好的應用前景和經濟效益。本文通過內摻法研究了不同摻量的石灰石粉對碾壓混凝土工作性能、力學性能和耐久性能的影響，希望能對石灰石粉作為摻和料在碾壓混凝土中的應用起到一定的參考作用。

1 試驗原材料及配合比

1.1 試驗原材料

水泥:采用P.O42.5水泥，其主要性能見表1。石灰石粉:密度2700kg/m3，需水量比95%，其化學成分見表2。細骨料:采用天然河砂，表觀密度2640kg/m3，細度模數2.77。粗骨料:采用天然卵石，粒徑分別為5～20mm、20～40mm，表觀密度2670kg/m3，壓碎指標6.6%。外加劑:采用Gk—4A固狀緩凝高效減水劑和GK—9A固狀引氣劑。

表1 水泥的主要物理性能

表2 石灰石粉的化學成分 單位:%

1.2 試驗配合比

試驗采用內摻法，以石灰石粉替代不同摻量的水泥然后按表3的配合比成型混凝土試件。試驗以R0為基準配比，通過改變石灰石粉摻量，研究石灰石粉對碾壓混凝土工作性能、力學性能和耐久性能的影響。

表3 混凝土配合比 單位:kg·m－3

2 石灰石粉對碾壓混凝土工作性能的影響

碾壓混凝土工作性能按《水工混凝土試驗規程》(DL/T 5150—2000)進行測試。不同石灰石粉摻量的碾壓混凝土VC值結果如圖1所示。

圖1 石灰石粉摻量對碾壓混凝土工作性能的影響

從圖1可以看出，摻入石灰石粉后，碾壓混凝土拌和物的VC值出現降低的趨勢，但隨著摻入量的增加降低幅度減小。不摻石灰石粉時R0配比的VC值為8s，當摻入石灰石粉時，配比R1、R2、R3、R4都降至5s以內，說明石灰石粉具有固體減水劑的作用，適當的石灰石粉對改善碾壓土的工作性能有益。

VC值的大小是決定碾壓混凝土可碾性和層間結合技術的關鍵。隨著石灰石粉的加入，碾壓混凝土液化泛漿時間縮短有利于碾壓混凝土的層間結合，這主要是由于石灰石粉的密度低于水泥密度。采用等量替代法大大提高了碾壓混凝土中漿量的體積，同時提高了漿砂比。同時，把混凝土看作是一個連續的顆粒堆積體，石灰石粉中的細顆粒對碾壓混凝土起到級配微調作用，從而改善碾壓混凝土的工作性能［3］。

3 石灰石粉對碾壓混凝土力學性能的影響

碾壓混凝土抗壓強度、靜力抗壓彈性模量和極限拉伸值按《水工混凝土試驗規程》(DL/T 5150—2001)進行測試。不同摻量石灰石粉碾壓混凝土的不同齡期抗壓強度見圖2，靜力抗壓彈性模量及極限拉伸見表4。

圖2 不同摻量石灰石粉碾壓混凝土不同齡期抗壓強度影響

表4 不同摻量石灰石粉碾壓混凝土靜力抗壓彈性模量與極限拉伸值

由圖2可以看出，配比編號為R1和R2的7d強度比基準配比R0強度高，28d時雖仍有提高但提高幅度不太明顯，到了90d強度基本接近;配比編號R3和R4的早期強度和后期強度均比基準配比強度低。說明:當石灰石粉的摻量不超過20%時可提高碾壓混凝土早期抗壓強度，對碾壓混凝土后期強度無不利影響;當石灰石粉的摻量超過20%時，隨著其摻量加大，碾壓混凝土各個齡期強度降低。同時，從表4中可知，隨著石灰石粉摻量的增加，碾壓混凝土的靜力抗壓彈性模量出現先降低后增加的趨勢，而碾壓混凝土的極限拉伸值則出現與其相反的趨勢，即先增加后降低。這表明適當石灰石粉摻量對防止碾壓混凝土壩的裂縫是十分有利的。

混凝土可以視為連續的顆粒堆積體，石灰石粉的細度比水泥小，石灰石粉的細粉分散在水泥顆粒之間，起分散劑的作用，可以對碾壓混凝土進行級配微調，使碾壓混凝土內部更加密實。同時在水化早期，有大量的網狀C—S—H生成，石灰石粉的支點咬合作用有利于水化物產生，從而加速了C3S的水化［4］，這種作用在早期十分明顯，故一定量的石灰石粉可提高碾壓混凝土的早期強度，但隨著摻量的增加，混凝土內部參與水化反應的水泥越來越少，從而影響了碾壓混凝土的強度。由于石灰石粉的等量替代提高了碾壓混凝土的漿砂比，降低了碾壓混凝土的VC值，從而起到提高碾壓混凝土極限拉伸值、降低碾壓混凝土靜力抗壓彈性模量的效果。

4 石灰石粉對碾壓混凝土抗滲性能的影響

碾壓混凝土抗滲性能按《水工混凝土試驗規程》(DL/T 5150—2001)采用逐級加壓法進行測試，抗滲等

級以每組6個試件中2個出現滲水時的最大水壓力表示。抗滲等級按公式:W=10H-1計算。分別對5組試件90d齡期進行抗滲實驗得出如下結果:R0試件的抗滲等級大于W10;R1、R2、R3、R4試件的抗滲等級均大于W12。

碾壓混凝土的抗滲性能是指碾壓混凝土抵抗壓力水滲透的能力，碾壓混凝土的密實程度決定了其抗滲性能的高低，隨著石灰石粉的摻入，碾壓混凝土抗滲性能有一定程度的提高，這是由于石灰石粉的摻入起到了微填充的作用，阻斷了碾壓混凝土內部的毛細通道，提高了碾壓混凝土的密實度，進而提高了碾壓混凝土的抗滲性能。

5 石灰石粉對碾壓混凝土抗凍融性能的影響

碾壓混凝土工作性能按《水工混凝土試驗規程》(DL/T 5150—2001)進行測試。不同石灰石粉摻量的碾壓混凝土90d齡期200次快速凍融結果見表5。

表5 混凝土200 次快速凍融試驗結果

從表5中可以看出，隨著石灰石粉摻量的增加，碾壓混凝土的質量損失率增加，相對動彈模量降低。當石灰石粉摻量不超過20%時，碾壓混凝土試件可達到200次凍融循環;當摻量達到30%時，只能達到150次凍融循環;當摻量達到40%時，只能勉強達到100次凍融循環。

碾壓混凝土抗凍性能的好壞與碾壓混凝土用原材料、碾壓混凝土內部的孔結構及碾壓混凝土密實程度等因素有關系。目前常用的方法是提高碾壓混凝土的密實度和摻加引氣劑。由于石灰石粉中的細粉顆粒對碾壓混凝土有級配微調的作用，在一定程度上提高了碾壓混凝土的密實度［5-6］，但隨著石灰石粉摻量的增加，碾壓混凝土中的含量明顯降低，導致其抗凍性能降低。所以，在碾壓混凝土中摻入適量石灰石粉，并合理調整引氣劑的摻量，仍可保證碾壓混凝土具備一定的抗凍融循環能力。

6 結論

a.一定摻量的石灰石粉具有降低碾壓混凝土VC值、改善碾壓混凝土的工作性能的作用。

b.當石灰石粉的摻量不超過20%時，可提高碾壓混凝土早期抗壓強度，對碾壓混凝土后期強度無不利影響。當摻量超過20%時嚴重影響碾壓混凝土的抗壓強度。

c.適當摻量的石灰石粉具有提高碾壓混凝土極限拉伸值、降低碾壓混凝土靜力抗壓彈性模量的作用，對防止產生碾壓混凝土壩裂縫十分有利。

d.石灰石粉的加入對碾壓混凝土的抗滲性能無不利影響。

e.石灰石粉的過量加入會大大降低碾壓混凝土的抗凍性能，但若摻量合理并適當調整引氣劑的摻量，碾壓混凝土仍具有一定的抵抗凍融循環的能力。

石灰石粉作為一種新型摻和料，在碾壓混凝土中的應用顯得尤為重要，其合理利用具有廣闊的應用前景和良好的經濟效益，符合變廢為寶、節約資源、保護環境的可持續發展的思路。

［1］DL/T 5150—2001水工混凝土試驗規程［S］．北京:中國電力出版社，2002．

［2］陳改新，孔祥芝．石灰石粉——一種新的碾壓混凝土摻和料［J］．中國水利，2007(21)．

［3］田育功．石粉在碾壓混凝土中的作用［J］．青海水力發電，2006(1)．

［4］馬燁紅，吳笑梅，樊粵明．石灰石粉作摻和料對混凝土工作性能的影響［J］．混凝土，2007(6)．

［5］葛棟．石粉含量對混凝土性能的影響［J］．科技資訊，2010(29)．

［6］郭育霞，貢金鑫，李晶．石粉摻量對混凝土力學性能及耐久性的影響［J］．建筑材料學報，2009(3)．

Discussion on influence of limestone powder on mechanics performance and durability performance of roller compacted concrete

ZHAO Zhe1，MA Zhiguang2
(1．Shijiazhuang Hutuo New Zone Investment and Development Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050800，China; 2．South-to-North Water Diversion Mid-line Project Construction Administration Hebei Direct Control Construction Department，Shijiazhuang 050035，China)

Mountain flour，as a new component of RCC materials，is in line with the development concept of green concrete．Its role is more and more emphasized．In the paper，influence of limestone powder in different mixing proportions on roller compacted concrete mechanics performance and durability performance is studied through internal mixing method．The result shows that suitable limestone powder dosage has obvious effects on improving working performance of roller compacted concrete．Secondary reaction effect between limestone powder and cement is excellent．Meanwhile，the density is lower than cement，and it has prominent advantages in improving early compressive strength and ultimate tensile strain of roller compacted concrete value，and lowering static compressive elastic modulus．Limestone powder addition has no adverse influence on anti-seepage performance of roller compacted concrete．Excessive limestone powder dosage can lower concrete antifreeze performance．

limestone powder;roller compacted concrete;working performance;mechanics performance;durability performance

TV431

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1005-4774(2015)05-0030-04