雙摻石灰石與粉煤灰對水泥強度性能的影響

舒立俊

（浙江方圓檢測集團股份有限公司，浙江 杭州 310018）

硅酸鹽水泥熟料燒成需要1400℃左右的高溫，不僅高能耗，而且排放大量的CO2和其它有害氣體。從節約能源和保護環境等方面考慮，水泥中降低熟料的用量并大量摻入混合材料是值得人們重視的途徑。混合材種類繁多，并且各有特點，具體應用時應根據具體的生產工藝、當地資源和生產成本等各方面因素加以選擇。粉煤灰和石灰石是兩種比較熟悉的混合材料，一般認為粉煤灰作混合材時，水泥早期強度較低，但對長期性能則比較有利，而水泥中適當摻入石灰石，對早期強度損失不大，甚至有一定的好處，但對后期強度不利。如果對兩者進行復合，取長補短，則有可能獲得比較理想的強度性能。

1 實驗過程

實驗所用的水泥熟料、石膏、粉煤灰和石灰石的組成如表1，熟料、石灰石與石膏經破碎，各式樣按表2 進行配合，在標準小磨中粉磨至0.08 方孔篩篩余小于6%。各式樣混合材總摻量均為30%，只是石灰石取代粉煤灰的數量變化。水泥強度按《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO 法)》GB 17671-1999進行，齡期3 天、7 天、28 天和60 天。

表1 原材料的化學成分(%)

表2 各試樣的配比(%)

2 實驗結果與討論

各式樣混合材摻加量均為30%，水泥強度隨粉煤灰與石灰石的比例而變化的情況如圖1 和圖2 所示。由圖可見，以石灰石等量取代粉煤灰作混合材，對早期3 天和7 天強度影響比較小，尤其在取代量較少時，強度下降不明顯或者有所提高。但對28 天、60 天強度影響要大些，總的來說，強度隨

灰石灰石摻量增加而降低，下降幅度抗折強度較小和石灰石摻星較低時較小。

圖1 石灰石取代粉煤灰作混合材對水泥抗壓強度的影響

圖2 石灰石取代粉煤灰作混合材對水泥抗折強度的影響

一般認為，粉煤灰作水泥混合材，其微集料效應能改善水泥石微結構，其火山灰效應增加膠凝性水化產物，對水泥強度有貢獻；但它的活性發揮很慢，因而對水泥的早期強度來說下降比較明顯，對水泥長期強度性能則比較有利。水泥中適當摻入石灰石，除了改善水泥石結構作用，還對C3S 水化起到晶核作用，加速了C3S 的水化。同時，與熟料中含鋁礦物反應生成碳鋁酸鈣晶體(C3A．CaCO3．HH2O)，它們發宵良好，并與碳酸鈣顆粒連生成堅固的晶質礫石。但石灰石的這些作用主要體現在早期，對長期強度性能則貢獻較小。粉煤灰與石灰石各有特點，兩者有一定的互補作用，兩者復合，利用石灰石提高早期強度，利用粉煤灰促進后期強度，對水泥強度比較有利。

但是，從本實驗結果看，石灰石對水泥早期強度的貢獻沒有預期明顯，石灰石取代粉煤灰的量應控制在較小的范圍，這可能與實驗所用的熟料中C3A 含量較低（按鮑格法計算為4.3%），水泥中石膏摻量較高，以及水泥細度等因素有關。因此，在實際應用時，石灰石與粉煤灰對比例應根據具體情況，通過實驗加以選擇。當然，在選擇最佳比例時，還應該對資源、成本和市場需求等多方面因素加以綜合考慮。

3 結語

水泥中雙摻石灰石與粉煤灰，利用石灰石提高早期強度，利用粉煤灰促進后期強度，以達到節約熟料和提高混合材摻量的目的。但在本實驗條件下，石灰石對早期強度的貢獻并不明顯，取代量不宜過多(如小于1O%)，取代量較大時，強度（尤其是后期強度） 下降明顯。實際應用時，兩者合適的摻量，應綜合考慮根據具體情況后加以選擇。