改性石灰石粉在商砼站中的可持續應用研究

許德興

(江西省建筑材料工業科學研究設計院,江西 南昌 330001)

1 引言

混凝土材料作為最重要的傳統建筑材料之一,具有原材料易于采取、生產成本低、適用性強、施工簡單、性能良好等特點,這些特點讓混凝土材料在中國的現階段成為了土木工程最主要的建筑材料[1]。與傳統混凝土的四大組分(水泥、砂、石、水)不同,現代混凝土中礦物摻合料已經成為混凝土中的第五或第六組分,成為不可或缺的一部分[2],但是隨著我國基礎建設的高速發展,傳統的礦物摻合料已經日漸無法滿足需求,江西的市面上已經出現了大量假的粉煤灰和假的礦粉,因此尋找便于就地取材、優質廉價的的礦物摻合料勢在必行[3]。而石灰石粉是一種容易得到且廉價的材料,作為摻合料使用替代日益緊缺的粉煤灰和價格相對昂貴的礦粉對于解決原材料緊缺,混凝土質量的穩定控制,降低工程造價,減少廢氣排放,減輕環境負擔等問題具有重大的現實意義,是當今可持續發展大環境下的重要研究對象。

國內外將石灰石粉用做水泥混合材的時間較長[4],許多現有成果表明[5,6,7],將一定細度的石灰石粉加入混凝土中,可以促進水泥水化,在一定摻量范圍內可以提高早期強度、改善新拌混凝土的流變性。在一定摻量范圍內,石灰石粉完全可以在混凝土中進行應用,德國、法國、美國早在十幾年前就已經有了相應的標準規范,中國將石灰石粉應用于混凝土也出臺了相應的國家標準GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》和行業標準JGJ/T 318-2014《石灰石粉在混凝土中應用技術規程》。但是,在實際商砼站中推廣石灰石粉的應用還是有相當大的困難,施工單位對這個新鮮事物不認可,各個地區配置混凝土選用的原材料性能相差很大,石灰石粉混凝土對材料性能變化的反應又非常敏感,所以在石灰石粉的應用推廣過程中很難有一個統一的“規范”,所以想要推廣石灰石粉的應用,需要有專業的相關人員進行因地制宜的適配調試。

基于這種情況,本文研究了添加自主研制的改性劑的石灰石粉作為礦物摻合料替代材料對混凝土拌合物性能和力學性能的影響,希望通過一系列的對比實驗探究石灰石粉在江西范圍內的適用情況,以期對石灰石粉在江西商砼站中的應用起一些推動作用。

2 試驗方法

本研究選用的石灰石粉的具體參數為：碳酸鈣含量：85%,細度(45μm篩余)：7.6%,比表面積：478m2/kg,7天活性指數：73%,28天活性指數：71%,流動度比：116%,含水量：0%,亞甲藍值：0.5。并添加了一定量由我們自主發研制的改性劑進行改性處理。本研究在江西省范圍內,選擇一些有代表性的商砼站和我們合作,實驗用的其他材料均選擇各地商砼站的實際用料,實驗用的基準配比為各地商砼站的實際生產配比,研究配比為石灰石粉等量替代粉煤灰的配比。

3 混凝土拌合物性能和力學性能實驗結果分析

以下表一為各混凝土生產企業實驗室真實試拌混凝土數據,由于考慮各企業間技術保密等問題,本文未提供具體企業名稱,只提供實測數據供參考。

表1 江西省地方商砼站用改性石灰石粉等量替代粉煤灰其混凝土拌合物性能和力學性能對比表

基準混凝土和石灰石粉等量替代粉煤灰混凝土的拌合物的坍落度對比如圖一,拌合物的擴展度對比如圖二。

由圖一和圖二可以看出,在本研究范圍內,石灰石粉可以改善混凝土的拌合物性能,使混凝土的泵送性能得到有效的提高。這是因為本改性石灰石粉具有優異的減水增塑效果,可明顯改善混凝土工作性能,對于中低強度等級混凝土,達到同樣坍落度時單位體積用水量可以明顯減少；對于C50及以上高強混凝土,改性石灰石粉的加入使高強混凝土的黏度有顯著降低,從而使拌合物性能有所改善；另一方面改性石灰石粉也可以改善外加劑的相容性,其機理為：水泥熟料中的C3A會吸附大量外加劑,使游離的外加劑含量減少,降低外加劑對水泥顆粒的分散作用,而改性石灰石粉的主要化學成份為CaCO3,其與C3A反應,生成更穩定的單碳型AFm轉化,降低了C3A對減水劑的吸附量,從而可使漿體溶液中減水劑的有效組分保持一段時間。

基準混凝土和石粉等量替代粉煤灰混凝土的力學性能的對比如圖三。

由圖三可以看出,在本研究范圍內,改性石灰石粉等量替代粉煤灰的混凝土的抗壓強度可以基本和基準混凝土持平,活略高于基準混凝土。這是因為其一改性石灰石粉在膠材水化體系中充當微晶核,可明顯提高混凝土早期強度(7天強度),后期強度(28天以上)亦有明顯的增長；其二改性石灰石粉可有效填充水泥顆粒間孔隙,改善粉體級配,宏觀上表現為明顯降低混凝土單方用水量,提高混凝土密實度,提高混凝土強度。

4 結論

通過研究,在江西范圍內,使用我們自主研發的改性石灰石粉等量替代粉煤灰進行對比實驗,得出以下結論：

(1)改性石灰石粉可以改善混凝土拌合物性能；

(2)改性石灰石粉等量替代粉煤灰,可以使混凝土抗壓強度和基準混凝土的抗壓強度基本持平或略高于基準混凝土的抗壓強度；

(3)改性石灰石粉與傳統混凝土摻合料比較,其優勢在于產品性能完全可控,且質量穩定,易于實際生產控制,儲量豐富,在建材行業大力推廣可持續發展的大環境下,適合在江西省內推廣使用。

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[3]劉數華,閻培渝.石粉作為碾壓混凝土摻合料的利用和研究綜述[J].水力發電,2007(1)：69-71.

[4]涂成厚.石灰石粉的應用[J].國外建材科技,1999,20(40)：19-22

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