石灰石粉混凝土應用關鍵技術研究

黃漢洋 賈麗莉 吳媛媛 李 偉

(中建商品混凝土有限公司，武漢 430070)

1 前言

隨著建筑行業持續高速發展，粉煤灰和礦渣等作為商品混凝土主要膠凝材料日益緊缺，尤其人們環保意識增強，火力發電廠等污染性強的企業逐步減少，粉煤灰的來源越發緊俏，粉煤灰的價格上漲和品質下降給攪拌站帶來了嚴峻的挑戰［1］。

石灰石粉是天然石灰石巖經過破碎、粉磨之后的產品，其來源廣泛、價格低廉，且不受環境條件限制。國內外已有研究和工程應用表明［2］，石灰石粉摻入混凝土膠凝體系中可明顯起到減水效果，能很好改善混凝土和易性。近年研究顯示，石灰石粉可很好起到填充效應和改善微集料級配組成，而且石灰石粉還具有一定的水化活性，對膠凝材料的早期水化有一定的促進作用。在發達國家，石灰石粉已被廣泛用做混凝土惰性礦物摻合料，一些大型工程中已得到成功應用。國內已出臺相關標準和技術規范，但實際應用于混凝土中還不夠廣泛，本研究將從工作性、抗壓強度和耐久性三個方面對石灰石粉混凝土展開研究，探討石灰石粉對混凝土的影響規律。

2 原材料及試驗方法

2.1 原材料

(1)水泥

水泥為華新P·O42.5普通硅酸鹽水泥。水泥基本性能見表1.

表1 水泥基本性能

(2)粉煤灰

粉煤灰采用湖北漢川電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，45μm篩余為 14.8%，燒失量為 5.8%，需水比為98%。

(3)礦粉

礦粉采用本公司自生產的礦渣粉，礦渣粉的級別為S95，其比表面積為395m2/kg，燒失量為2.2%。

(4)石灰石粉

石灰石來源武漢周邊石灰石礦山，經破碎、粉墨制得，基本性能見表2。

表2 石灰石粉基本性能

(4)外加劑

本試驗采用的高效減水劑是由中建商品混凝土有限公司外加劑廠生產的聚羧酸高效減水劑，固含量13.5%，減水率為23.0%。

(5)骨料

粗骨料粒徑均在5～31.5mm之間，連續粒級，級配良好，材料取自武漢的周邊地區;細骨料采用河砂(Ⅱ區中砂)。

2.2 試驗方法

(1)混凝土抗壓強度測試

混凝土強度試驗按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081－2002)進行。混凝土試件尺寸:150mm×150mm×150mm。

(2)激光粒度分析法(LPS)

本文采用珠海歐美克儀器有限公司生產的LSC(III)型干濕二合一激光粒度儀測試粘土磚粉的顆粒粒徑分布。準確性:相對誤差小于－0.4%，相對誤差測量結果的擴展不確定度表示為U=4.3%，包含因子 k=2;重復性:偏差0.34%;測試粒子采用D50=15.1μm 的乳膠微粒。

(3)耐久性試驗

按照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》(GB/T 50082－2009)的規定完成石灰石粉混凝土的抗凍性試驗和收縮試驗，抗凍性試驗采用快凍法，收縮試驗采用接觸法測試干燥收縮。試驗結果按《混凝土耐久性檢驗評定標準》(JGJ/T 193－2009)進行評定。

3 結果與討論

3.1 石灰石粉對混凝土工作性能影響

混凝土工作性直接關系工程的施工進度以及工程質量，影響混凝土工作性因素很多，但膠凝材料的影響尤為明顯，因此非常有必要考察石灰石粉對混凝土工作性能的影響，混凝土配合比見表3:

表3 混凝土配合比

從上表可看出，石灰石粉替代粉煤灰對混凝土工作性有一定的影響，總體上看，隨著替代率增加初始流動度有增大的趨勢，而1h的損失則有一定的下降。這是由于石粉的細度較其他膠凝材料要小，可很好的改善膠凝體系的顆粒級配，對空隙進行有效填充［3］，因此很好的改善混凝土的和易性。

3.2 石灰石粉對混凝土強度的影響

石灰石粉相比當前使用的其他膠凝材料水化活性相對較弱，因此石灰石粉的摻入量將會對混凝土強度產生很大的影響，下面將采用石灰石粉替代水泥，考察不同石灰石粉摻量對不同標號混凝土強度的影響。

表4 石灰石粉的摻量對混凝土強度的影響

從表4可以看出，當混凝土的設計強度等級為C20～C50時，石灰石粉的摻量可以達到40%，此時混凝土的28d抗壓強度均可滿足設計強度等級要求，總體上看，石粉的摻入對混凝土的抗壓強度有一定的降低作用。從化學成分上講，石灰石粉中不含有水泥中大量的活性成分，必然引起最終混凝土強度有所下降，另外，在水化過程中石灰石粉會促進鈣礬石的生成，導致混凝土內部結果不致密，從而影響抗壓強度［4］。但是石灰石粉的微集料效應可有效改善混凝土微孔結構，對混凝土強度還是有一定的貢獻作用，因此在保證混凝土強度前提下，應用在標號在20～50之間的混凝土中，石灰石粉摻量應控制在40%以內。

3.3 石灰石粉混凝土耐久性研究

耐久性是指混凝土能夠在實際使用條件下抵抗各種破壞因素的作用而長期保持強度和外觀完整性的能力。下面將從硬化混凝土的抗凍性能和干縮性能兩個方面對石灰石粉混凝土耐久性進行研究。

表5 石灰石粉混凝土的配合比與抗凍試驗結果

從表5可以看出，D1、D2的抗凍等級均為F100，即采用石灰石粉取代粉煤灰時，取代率在50%以下對混凝土的抗凍性能基本無影響，如完全取代則是抗凍性能降低一個等級。

干縮是混凝土的主要變形性能之一，也是混凝土開裂和耐久性損失的主要起因。混凝土在干燥過程中，粗大孔隙中水分蒸發后，毛細孔水開始蒸發，此時毛細孔內水面后退，彎月面曲率增大。在表面張力的作用下，水的內部壓力比外部壓力小。隨著空氣相對濕度的降低，毛細孔中水的負壓逐漸增大，產生毛細管張力使混凝土收縮。當毛細孔的水蒸發完后，如繼續干燥，則凝膠顆粒的吸附水也發生部分蒸發。失去水膜的凝膠體顆粒由于分子引力的作用使粒子間距離變小而發生收縮［5］。

按照表6成型砂漿干縮試件，試件尺寸為40mm×40mm×160mm。試件成型2d后拆模，然后移入恒溫干縮室測試基準長度，并在恒溫干縮室存放。恒溫干縮室的溫度為20℃ ±2℃，相對濕度為60% ±5%。

表6 干縮試驗砂漿配比

圖1 石灰石粉對砂漿干縮的影響

從圖1可以看出，摻入石灰石粉可以減小水泥砂漿的干縮;石灰石粉的摻量越大，水泥砂漿的干縮越小。這表明，石灰石粉具有減小水泥砂漿干縮的作用，這主要是由于石灰石粉依靠自身的微集料效應，細化砂漿內部空隙，改善孔徑分布，減小了干縮影響，因此對耐久性的提高具有重要意義［6］。

4 結論

(1)石灰石粉具有一定的減水效果，對新拌混凝土的和易性方面有積極作用，但對混凝土經時損失有一定影響;

(2)石灰石粉的摻入會引起抗壓強度有所下降，需控制好石灰石粉的摻量，試驗表明，在摻量為40%以下，摻入石灰石粉對普通混凝土28d抗壓強度基本無影響;

(3)石灰石粉的摻量在50%以下對混凝土抗凍性基本無影響，且對砂漿的干縮有一定的抑制作用，對提高耐久性方面具有重要作用。

［1］吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土［M］.中國鐵道出版社，1999.9.

［2］朱柯.石灰石粉對混凝土性能的影響研究［J］.硅酸鹽通報，2015，(34):492 －495.

［3］Carrasco M F，Menendez G，et al.Strength optimization of“tailormade cement”with limestone filler and blast－ furnace slag［J］.Cement and Concrete Research，2005，(35):1324 －1331.

［4］周永祥，王永海.石灰石粉的特性及對混凝土性能的影響［J］.施工技術，2014(9):23－27.

［5］劉數華，冷發光.混凝土輔助膠凝材料［M］.中國建材工業出版社，2010.9.

［6］劉數華，閻培渝.石灰石粉在復合膠凝材料中的水化性能［J］.硅酸鹽學報，2008，(10):1401 －1406.