基于磨細石灰石粉的混凝土試驗研究

彭孟啟 楊根宏

（深圳市為海建材有限公司，廣東 深圳 518114）

1 引言

近年來隨著商品混凝土行業(yè)的快速發(fā)展，對混凝土性能的要求也逐漸多樣化，在要求混凝土具有良好的工作性能，較高的強度和耐久性的同時，還要求混凝土行業(yè)降低能耗，提高工業(yè)廢渣的利用率，走綠色高性能混凝土的發(fā)展道路[1～2]。

當前商品混凝土行業(yè)，主要采用使用礦渣和粉煤灰作為摻合料以降低水泥用量、改善混凝土性能[3～4]。在以往的研究中較多注重摻合料的活性而忽略了粉體材料的顆粒級配。這樣配置成的混凝土由于其顆粒級配分布不合理，填充效率低下，所形成的混凝土內部孔隙率較大。而通過往混凝土中加入微細填料，可以改善混凝土粉體材料的顆粒級配，提高混凝土的密實性[5～7]。

由于石灰石易于磨細，以生產(chǎn)石灰石骨料時產(chǎn)生的石屑粉為原料，通過進一步粉磨制成粒徑不大于10μm的細粉，可以較好的改善混凝土的級配，降低混凝土的孔隙率。本試驗采用正交試驗研究了C30～C50強度范圍內使用磨細石灰石粉對混凝土性能的影響。

2 試驗原材料與試驗方案

2.1 試驗原材料

1）水 泥：光 大P·O42.5R水 泥，3d抗 折 強 度5.7MPa，抗壓強度28.5MPa；28d抗折強度7.7MPa，抗壓強度48.5MPa。

2）細骨料：惠州產(chǎn)中砂，細度模數(shù)2.7，含泥量0.9%。

3）粗骨料：篩分洗凈，級配5mm-10mm、10mm-20mm。

4）礦物摻合料：粉煤灰Ⅱ級，細度20.5%，含水率0.8%；礦粉S95，28d活性指數(shù)≥95%。

5）外加劑：巴斯夫415聚羧酸減水劑（含固量55%）。

6）磨細石灰石粉：比表面積700m2/kg。

7）水：自來水，符合JGJ 63-2006《混凝土用水標準》要求。

2.2 試驗方案

試驗采用正交設計方法，選擇四個正交因素：水膠比、礦粉摻量、粉煤灰摻量、磨細石灰石粉摻量，每個因素選擇四個水平，選擇L16（45）正交表進行試驗，其表頭如表1所示。本試驗砂率43%，（5-10）mm石40%，（10-20）mm石60%，外加劑摻量0.38%，擴展度按（550±50）mm控制。

表1 正交試驗因素水平表

3 試驗結果與分析討論

3.1 試驗結果

試驗結果如表2所示。

3.2 磨細石灰石粉摻量對混凝土用水量的影響

磨細石灰石粉在混凝土中主要作用是通過優(yōu)化混凝土在粉體范圍內的級配來提高工作性。圖1是磨細石灰石粉摻量與混凝土水膠比的關系圖，從圖中可以看出，磨細石灰石粉有一定的減水作用，但是由于磨細石灰石粉由于本身較粗，填充效應有限，因此減水效果并不明顯。

3.3 各因素對混凝土抗壓強度的影響

采用極差分析研究各因素對混凝土7d、28d、90d抗壓強度的影響，結果如表3所示。

表2 試驗結果

圖1 磨細石灰石粉摻量與用水量的關系

圖2 磨細石灰石粉摻量與對混凝土強度影響曲線

從方差分析看，水膠比和粉煤灰對混凝土7d抗壓強度有顯著影響，石粉對混凝土7d抗壓強度有一定影響。水膠比對混凝土28d抗壓強度顯著影響，粉煤灰對混凝土28d抗壓強度有一定影響。一方面由于各種摻合料對混凝土強度的影響有限，另一方面，混凝土抗壓試驗本身也存在一定的誤差，因此從數(shù)據(jù)分析上來看，礦渣、粉煤灰、石粉對混凝土28d抗壓強度的影響并不顯著。水膠比是影響混凝土90d抗壓強度的主要因素，石粉摻量對混凝土90d抗壓強度有一定的影響。這說明，隨著齡期的增長，粉煤灰和礦粉的強度活性逐漸發(fā)揮出來，摻量大小對混凝土強度的影響逐漸變小。

表3 正交試驗方差分析結果

3.4 磨細石灰石粉摻量與對混凝土抗壓強度影響

以磨細石灰石粉摻量為基準，繪制磨細石灰石粉摻量對混凝土抗壓強度的影響曲線，如圖2所示，摻入少量的磨細石灰石粉對混凝土的強度沒有負面影響，但是隨著摻量的增加，混凝土強度逐漸降低，尤其是在10%摻量以上，強度急劇下降。

3.5 摻磨細石灰石粉混凝土成本分析

由上述試驗結果分析，在控制混凝土工作性能不變的前提下，考慮到磨細石灰石粉摻量在10%范圍內對混凝土強度影響不大，在礦粉、粉煤灰摻量相同的情況下，額外摻入10%的磨細石灰石灰石粉，改善粉體顆粒級配，減少水泥用量。按照當前膠凝材料市場價格：水泥520元/噸、礦粉410元/噸、粉煤灰210元/噸、磨細石灰石粉125元/噸計算，摻入10%的磨細石灰石粉，C30-C50混凝土單方成本可降低15-23元，具有較大的經(jīng)濟效益。

4 結論

1）在C30-C50的強度范圍內磨細石灰石粉在10%摻量時等量取代水泥，能降低混凝土單位用水量3～5kg，同時對混凝土7d抗壓強度、28d抗壓強度、90d抗壓強度影響較小。

2）在不影響混凝土性能的前提下，摻入10%的磨細石灰石粉，C30-C50混凝土單方成本可降低15-23元，具有較大的經(jīng)濟效益。