石灰石粉在水泥基材料中的作用及其機理初探

摘 要：作為混凝土外加劑的石灰石粉是開發綠色混凝土的有效途徑。這篇文章評論了石灰粉在水泥基材猜中的功用和機理的估測。評論了石灰石細度對水泥基資料的抗壓強度和后期抗壓強度的影響。結果標明，石灰粉促進了水泥水化的前期水合效果。粉末對水泥砂漿強度的貢獻首要來自其活躍效果，即碳水化合物的碳含量，強度和耐久性。

關鍵詞：石灰石粉；綠色混凝土；摻量；水泥基資料

自從20世紀以來，尤其是在30時代，混凝土主要以粉煤灰為外加劑，不只下降了水泥用量，還前進了混凝土的強度，前進了混凝土的耐久性。但是，這些年跟著水電建造的迅速發展，工業和剛果民主共和國的需要急劇增加，常常求過于供。在這種情況下，尋求一種簡略取得，高質量和廉價混合材是勢在必行的。國內的研討結果標明，在加工的進程中，石灰石粉直徑小于0.16毫米，水泥和石灰粉的制備高功用詳細的抱負資料之一。石灰石粉中的硅含量小于0.045毫米。一定強度的鈣顆粒水化產品，添補混凝土孔隙，使混凝土孔隙細化，混凝土孔隙率下降，改進混凝土的孔構造，并提出了詳細的函數。結果標明，摻入15%?20%的石灰石，花崗巖和石英巖混凝土可進步混凝土的抗壓強度和不滲透性。

1 石灰石粉加速水泥水化的機理

1.1 CSH凝膠形成的推動力

水泥的水化進程閱歷了一系列十分復雜的物理和化學進程。但是，從熱力學的觀念來看，結果標明，CSH凝膠構成的驅動力是相變前后的自由能的下降。

ΔGT，P≤0式中，ΔGT，P<0標明該進程是自覺的，CSH生成很多的凝膠。ΔGT，P=0這個進程現已達到了平衡，即是，當一個微型小存在時，粒子的溶解度遠高于平面狀況，因為粒子的巨細，顆粒在平衡溫度下被溶解。

1.2 石灰石粉加速水泥水化的機理

當外部條件改動時，體系的特定期間處于亞穩態，而且存在改動的傾向。假設相變的驅動力足夠大，這種改變將從相對較大的動搖開始。CSH的第一步是構成核，其分為均勻成核和不均勻成核。在水泥水化進程中，核一般由身體外表和別的區域的聚集體（細骨料和微聚會體）構成。假設核附著在石灰粉末的外表上，高能核心和液體之間的界面是低能量的，而且成核基質（石灰石粉末外表）被成核勢壘替代。

非均勻成核的臨界位壘ΔGk*與接觸角θ的聯絡為：

ΔGk*=ΔΔGk*。f（θ）

式中ΔGk*——非均勻成核時自由能的改變（臨界成核位壘）；

ΔGk——均勻成核時自由能的改變。f（θ）為：

f（θ）=

不均勻成核要害屏障ΔGk*與接觸角θ之間的聯絡標明，當核在成核基體上構成時，成核勢壘應隨接觸角θ減小而減小。若θ=180°，則ΔGk*=ΔGk；若θ=0°，則ΔGk*=0。因為?f（θ）≤1，所以非均勻成核比均勻成核的位壘低，析晶進程簡略進行。因此，恰當摻量的石灰石粉充當了CSH的成核基體，下降了成核位壘，加快了水泥的水化。

2 活性效應

2.1 活性效應展示

Detwiler與Tennis發現，假設水泥富含相當量的鋁酸鹽相，則會發作必定量的滲鋁鋁酸鹽絡合物。

數據閃現了石灰石粉的活躍效果。從研討數據看，咱們看不到石灰石粉的細度和抗壓強度之間的聯絡。因此，后期（28天后）石灰石粉對水泥砂漿的貢獻首要來自其活躍效果，即水泥中石灰石粉與鋁的反響，發作具有必定凝膠化才能的碳酸鋁酸鹽絡合物。細度的貢獻將不復興主導效果，乃至可以忽略不計。

2.2石灰石粉和鋁相的反響

研討標明，石灰石粉末不完全懶惰，而且可以在水合進程中與C3A和C4AF反響，生成水合硅鋁酸鈣，然后進步水泥基資料的一些功用。為了研討鋁酸鹽沉積物和石灰石粉末的水化機理，G.Kakali?S. Tsivilis?E.Aggeli和M. Bati測量了增加0%，10%，20%和35%的石灰石粉末28天后的水合物天水合。可以看出，C3A單晶水合，產品主要為3CaO·Al2O3·Ca（OH）2·18H2O和Ca3Al2O6?CaSO4?13H2O。石灰石粉摻入后，水合物閱歷了嚴重改變。第一個是鋁土礦的外觀，石灰石粉的數量越多，Ca4Al2O6?CO3，11H2O，Ca4Al2O6，（CO3）0.5（OH），11.5H2O的衍射峰愈顯著。另一方面，3CaO，Al2O3，Ca（OH）2，18H2O，Ca3Al2O6， CaSO4，13H2O的衍射峰跟著石灰石粉摻量的增大而減小。據指出，因為碳酸鹽比硫酸鹽更安穩，石灰石粉末的摻入按捺了硫鋁酸鹽的構成和現在增加的碳酸鈣。水合鋁硅酸鹽可以與別的水合產品堆疊，使水泥構造更細密，然后進步水泥的強度和耐久性。

3 結論

石灰石在水泥基資料粉末中的效果可歸因于加快，活性和顆粒形狀。在前期水化進程中，作為CSH基體成核的石灰石粉末的量減少了成核勢，加快了水泥的水合。在后期，一定量的這些復合物滲碳鋁酸鹽絡合物彼此堆疊，使水泥構造更緊湊，進步強度和耐久性。

參考文獻：

[1]宋軍偉，王露，劉數華，等.石灰石粉在超高性能水泥基材料中的作用機理[J].硅酸鹽通報，2016，35（12）：4104-4109.

作者簡介：

林生鐘（1966- ），男，漢，中專，研究方向：水泥專業，現工作于福建興田城市建設投資有限責任公司，任助理工程師。