磨細石灰石粉對水泥砂漿流動和強度性能影響實驗探討

鄧惠婷 朱啟朗 劉文樂 劉漢欽 溫夢丹 陳嘉健

(佛山科學技術學院土木工程系， 廣東 佛山 528000)

磨細石灰石粉對水泥砂漿流動和強度性能影響實驗探討

鄧惠婷 朱啟朗 劉文樂 劉漢欽 溫夢丹 陳嘉健

(佛山科學技術學院土木工程系， 廣東 佛山 528000)

本文進行了在混凝土中摻加適量的磨細石灰石粉取代部分水泥的研究，檢驗了不同配合比不同水灰比磨細石灰石粉混凝土的流動性、擴張度、強度及填充密度等性能。取得以下研究成果：磨細石灰石粉的摻和對其砂漿的流動性、擴展度、過篩率、強度都有明顯得影響。利用石灰石粉置換水泥能減小水泥用量配制綠色環保混凝土。為探討摻加石灰石粉對流動和強度性能影響，本研究配制了25組不同水灰比、不同磨細石灰石粉摻量的水泥漿作流動性能和強度測量。實驗結果表明摻加磨細石灰石粉置換水泥可能提高或者降低水泥漿流動性，并降低水泥漿強度。

流動性，磨細石灰石粉，強度。

0 引言

為改善混凝土性能、配制低水泥量綠色環保混凝土，摻入礦物摻和料置換水泥為可行方法。在硅灰、粉煤灰、高爐礦渣等眾多礦物摻和料中，石灰石粉為其中一種具備應用前景材料。在生產石灰石碎石和機制砂的過程中,產生了大量的石灰石粉屑,既污染了環境,又造成資源的浪費。另外由于石灰石碎石和機制砂在生產過程中夾雜一定量的石灰石粉,這些石粉在混凝土中所起的作用,人們對它的認識和研究還是很少。解決上述問題,將具有良好的經濟和環境效益。

大連理工大學的李晶[1]總結道適量石灰石粉可改善混凝土的工作性能和石粉對混凝土抗壓強度的影響隨混凝土齡期的不同而不同，對混凝土早期抗壓強度的影響較為明顯。中南大學袁航[2]試驗表明，混凝土工作性能和抗壓強度受石灰石粉摻量和細度影響較大。適當增大石灰石粉細度,能改善混凝土的工作性能,且能提高混凝土的早期強度。重慶大學崔洪濤[3]研究了石灰石粉特別是超磨細石灰石粉作為混凝土摻合料對混凝土工作性能、力學性能和耐久性能的影響和改善,并且通過電鏡、衍射等手段觀察分析混凝土生成，武漢理工大學熊遠柱[4]指出在一定的范圍內摻入石灰石粉可以減小混凝土的坍落度損失,改善混凝土的工作性能,而且隨著摻量增加,工作性能得到提高；影響新拌混凝土的工作性能的主要是石灰石粉的摻量,而不是石灰石粉的細度。中國建筑科學研究院周永祥、王永海等人[5]，研究表明石灰石粉對水和外加劑的吸附性小,但有加速混凝土拌合物坍落度損失的傾向;對于 C30混凝土,20%石灰石粉等量取代粉煤灰,不會造成抗壓強度、抗碳化性能、抗凍性能下降,適當含泥量對上述性能影響也不大。重慶大學材料科學與工程學院肖斐、崔洪濤等人[6]，研究表明超磨細石灰石粉通過分散效應和微集料效應等,對混凝土具有增塑、保塑和減水的作用。 重慶理工大學朱柯[7]石灰粉能夠明顯改善混凝土的工作性能但也會明顯降低抗壓強度,通過掃描電鏡分析可知在水化早期,石灰石粉能夠加速Ca(OH)2的生成,同時能夠穩定鈣礬石的存在,不利于混凝土后期性能。中建商品混凝土有限公司周金種等人[8]得出：利用石灰石粉取代 50%以上甚至完全取代粉煤灰與礦粉復合摻入混凝土中,能夠改善混凝土的和易性能,其各齡期強度能夠與基準混凝土持平甚至是有所超過;針對不同細度的石灰石粉進行了混凝土試驗,證明石灰石粉越細,其填充性越好,對混凝土性能的益化作用越大。Diederich等[9]的實驗表明摻入石灰石粉可通過提高混凝土填充密度而改善流動性。為量化磨細石灰石粉的摻入對水泥漿流動性和強度性能的綜合影響，本研究對25組不同水灰比、不同磨細石灰石粉摻量的水泥漿擴展度、流速和強度進行了測量。

1 實驗方案

1.1 材料

本研究中使用的膠凝材料有硅酸鹽水泥和石灰石粉兩種。硅酸鹽水泥為 32.5強度等級水泥，密度經測量為3100kg/m3，比表面積經測量為510m2/kg。石灰石粉密度經測量為2600kg/m3。本研究中采用的石灰石粉為比表面積546m2/kg石灰石粉再于實驗室研磨30小時所制得，顆粒比水泥顆粒更細。

1.2 試樣配比

本研究中，磨細石灰石粉用于置換水泥配制25組水泥漿配比試樣。水泥漿的試樣水灰比從0.50到0.70變化，以0.05為一級差；磨細石灰石粉摻量范圍由0到20%變化，以5%為一級差。為避免減水劑對流動性測量結果產生的影響，本研究中試樣均不摻減水劑。

1.3 測試方法

1.3.1 流動性測量

本研究中,水泥漿試樣的動態流動性測量采用V型漏斗作流速測試，靜態流動性測量采用小型塌落度筒作擴展度測試。流速為充滿V型漏斗的水泥漿全部流出所需的時間與 V型漏斗體積之比值,,擴展度為提起塌落度筒后水泥漿兩垂直方向的直徑平均值減去塌落度筒地面直徑之差。流動性測量均在水泥漿完成攪拌后 5分鐘內進行，整個試驗過程中實驗室溫度控制在20±2℃。

1.3.2 強度測量

本研究中,水泥漿試樣強度測量采用抗壓強度測量，養護溫度為 27±2℃，齡期為7天。強度結果采用兩個同配比同期同步測試試件的平均值。

2 實驗結果

2.1 流動性測試結果

流速結果如圖1，當沒有加入磨細石灰石粉時，其流速隨水灰比的減少而減少。而加入不同配合比的石灰石粉取代水泥后，其流速的變化隨水灰比的減少而減少，根據圖示，流速也不隨石灰石粉的配合比增加而增加，在石灰石粉=10%，流速最大。在磨細石灰石粉=0%，10%，20%時,水灰比為 0.65時呈現峰值，總體亦隨水灰比呈波動形式。

圖1 磨細石灰石粉對流速影響

擴展度結果示于圖2。當沒有加入磨細石灰石粉時，其流速隨水灰比的減少而減少。而加入不同配合比的石灰石粉取代水泥后，其流速的變化隨水灰比的減少而減少，根據圖示，流速也不隨石灰石粉的配合比增加而增加，在石灰石粉=10%，流速最大。在磨細石灰石粉=0%，10%，20%時,水灰比為 0.65時呈現峰值，總體亦隨水灰比呈波動狀態。

圖2 磨細石灰石粉對擴展度影響

2.2 強度測試結果

強度測量結果見圖3所示，摻加磨細石灰石粉的配合比越大時，強度就越強，但是摻加了磨細石灰石粉的強度都比摻加石灰石粉=0%的要低。

圖3 磨細石灰石粉對強度影響

3 結論

本研究通過測量25組磨細石灰石粉水泥漿配比試樣，得到的主要結論如下：

（1）在相同水灰比下,摻加磨細石灰石粉置換水泥可能提高或者降低水泥漿流動性。

（2）在相同水灰比下,摻加磨細石灰石粉置換水泥降低水泥漿強度。

研究結果表明,磨細石灰石粉未能有效改善水泥漿的流動性和強度。然而,磨細石灰石粉的摻加能減少混凝土中的水泥用量，從而降低工程造價并減少生產水泥所需的大量碳排放量和耗能，在強度要求不高的情況下可使混凝土材料更廉價和環保。

4 鳴謝

本研究鳴謝2017佛山科學技術學院實驗室開放基金重點項目“混凝土膠凝材料填充密度實驗測量方法開發”、大學生創新創業訓練計劃項目“磨細石灰石粉對水泥砂漿流動和強度性能影響實驗探討”、2016佛山市科技計劃項目 “大摻量粉煤灰混凝土配比優化及生產應用研究(項目編號:2016AB000031)”的資金支持。

[1]李晶. 石灰石粉摻量對混凝土性能影響的試驗研究[D].大連理工大學,2007.

[2]袁航. 石灰石粉對混凝土性能的影響[D].中南大學,2009.

[3]崔洪濤. 超磨細石灰石粉摻合料混凝土性能的研究[D].重慶大學,2004.

[4]熊遠柱. 高摻量石灰石粉對混凝土耐久性的影響[D].武漢理工大學,2010.

[5]周永祥,王永海,王思婭,王偉,丁威,張大朋. 石灰石粉的特性及對混凝土性能的影響[J]. 施工技術,2014,(09):23-27.

[6]肖斐,崔洪濤,陳劍雄,陳寒斌. 超磨細石灰石粉高強混凝土的研究[J]. 硅酸鹽通報,2010,(06):1303-1307.

[7]朱柯. 石灰石粉對混凝土性能影響研究[J]. 硅酸鹽通報,2015,(02):492-495.

[8]周金鐘,鄭廣軍,劉勇彰. 石灰石粉在普通混凝土中的應用研究[J]. 建筑節能,2009,(06):31-34.

[9]Diederich P, Mouret M, de Ryck A, Ponchon F, Escadeillas G. The nature of limestone filler and self-consolidating feasibility—Relationships between physical,chemical and mineralogical properties of fillers and the flow at different states, from powder to cement-based suspension[J]. Powder Technology, 2012,218:90-101.

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1007-6344（2017）10-0272-02