探討石灰石粉對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)

施小劍 玉林市匯港混凝土有限公司

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料性能

本實(shí)驗(yàn)中所采用的的水泥原料為P.O 42.5 級(jí)硅酸鹽水泥，這也是市面上最常見(jiàn)的水泥品種之一，其各項(xiàng)物理性能如表1所示。粗骨料選用的碎石大小在5mm～25mm之間，壓碎指標(biāo)為5%，密度為1.83g/cm3。粗骨料中還含有泥沙和針片狀，其含量分別在0.44%、3.6%左右。細(xì)骨料使用的是細(xì)度模數(shù)為2.6的中砂。其表觀密度為2.550g/cm3。本次實(shí)驗(yàn)石灰石粉的細(xì)度為12%左右，45μm 篩余量16.30%。燒失量、表觀密度和比表面積分別為5.07%、2.49g/cm3、2.60%。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

在本次實(shí)驗(yàn)中，采用C35混凝土配合比。不同的實(shí)驗(yàn)組添加石灰石粉比例為0%～20%，且每隔5%設(shè)置一個(gè)梯度。為降低偶然誤差，每一組制作三個(gè)試件見(jiàn)表2。

2 混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)

2.1 石灰石粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

本實(shí)驗(yàn)按照相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)不同比例的石灰石添加量對(duì)混凝土抗壓性能的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。測(cè)量混凝土的抗壓能力采用的是強(qiáng)度試驗(yàn)的有關(guān)方法，用石灰石替代水泥，探究添加不同劑量的石灰石對(duì)3d、7d、28d、56d混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度隨石灰石粉摻量的變化

從上圖可以看出：（1）混凝土的抗壓能力明顯受到石灰石粉添加量的影響，且3d、7d、28d、56d呈現(xiàn)出幾乎相同的變化曲線。（2）當(dāng)添加量為5%和10%時(shí)，混凝土3d、7d、28d、56d的抗壓強(qiáng)度都有所增加。其中3d和7d抗壓性能增加最為明顯，3d從25.4MPa增加到了35.5MPa；32.2MPa增加到了45.0MPa。增長(zhǎng)幅度都接近百分之四十。（3）而增大石灰粉劑量，當(dāng)添加量在超過(guò)了百分之十以后，3d與7d的強(qiáng)度增加量未呈現(xiàn)繼續(xù)增加的趨勢(shì)，甚至有所下降。（4）28d與56d抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)出幾乎相同的變化趨勢(shì)。都表現(xiàn)為單峰變化。石灰石粉的添加量在百分之十以內(nèi)時(shí)，隨著添加量的增加，抗壓能力都的到了明顯的提升，增幅分別為39.6%與14%。但是超過(guò)百分之十的峰值后，隨著計(jì)量的增加，抗壓性能又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。從10%到20%降低幅度分別達(dá)到了29%和18.8%。綜合以上數(shù)據(jù)我們可以看出，少量增加石灰石的添加量（10%以內(nèi)）時(shí)，對(duì)于提升抗壓強(qiáng)度有促進(jìn)作用；但是超過(guò)一定量后（本實(shí)驗(yàn)為10%）繼續(xù)添加石灰石粉，對(duì)混凝土的強(qiáng)度有抑制的趨勢(shì)。

表1 水泥物理性能

表2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

下面分析其原理：本實(shí)驗(yàn)中采用的石灰石粉的細(xì)度（平均顆粒半徑）要比水泥小，當(dāng)石灰石粉的添加計(jì)量較小時(shí)，石灰石粉能夠?qū)Υ箢w粒之間的縫隙進(jìn)行填充，填充物與大顆粒共同構(gòu)成了骨架。這對(duì)于提升混凝土的密實(shí)程度有明顯的促進(jìn)作用，同時(shí)也加快的早期水化的過(guò)程，因此對(duì)于其抗壓能力有促進(jìn)作用。但是在石灰石粉添加量過(guò)大（本實(shí)驗(yàn)中為超過(guò)10%）后，石灰石粉的填充作用已經(jīng)達(dá)到最大限度，過(guò)量的石灰石粉反而阻礙了水化反應(yīng)中水泥的參與量。進(jìn)而導(dǎo)致級(jí)配存在不合理，骨架作用不明顯，因此其強(qiáng)度會(huì)受到明顯的抑制作用。在本實(shí)驗(yàn)中，最佳比例在10%左右。

2.2 石灰石粉對(duì)混凝土抗折強(qiáng)度的影響

在用混凝土澆灌路面時(shí)，除了抗壓強(qiáng)度之外抗折程度也是一項(xiàng)十分重要的參考指標(biāo)。采用與抗壓程度檢驗(yàn)類似的方法，本實(shí)驗(yàn)也對(duì)石灰石添加量對(duì)混凝土的抗折能力進(jìn)行了檢測(cè)，相關(guān)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 混凝土抗折強(qiáng)度

表3的數(shù)據(jù)反映：在一定范圍內(nèi)添加石灰石對(duì)混凝土的抗折強(qiáng)度有一定的提升作用，超過(guò)該范圍后，如果繼續(xù)添加石灰粉其抗折能力不斷減小，甚至低于未添加時(shí)的強(qiáng)度。具體來(lái)說(shuō)，在本實(shí)驗(yàn)中當(dāng)添加量在5%左右時(shí)，對(duì)抗折能力的提升作用最為明顯，而在10%左右時(shí)幾乎已經(jīng)失去了對(duì)抗折能力的提升作用；當(dāng)繼續(xù)添加石灰石粉后混凝土的抗折能力降到比不添加時(shí)還低。對(duì)其原理進(jìn)行初步分析：混凝土由于具有大量的孔隙且質(zhì)地較脆，所以其抗拉性較弱。而顆粒較細(xì)的石灰石粉能夠?qū)障哆M(jìn)行填補(bǔ)，填補(bǔ)之后混凝土的抗折能力會(huì)有一個(gè)小幅增加，但是增加效果并不明顯。而過(guò)量的石灰石添加反而會(huì)對(duì)混凝土的抗折能力造成不利影響。

3 混凝土抗凍試驗(yàn)

本次抗凍試驗(yàn)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了快速凍融循環(huán)試驗(yàn)。快速凍融模擬的是自然界由于晝夜以及季節(jié)性變化導(dǎo)致的溫度變化。本實(shí)驗(yàn)以此來(lái)進(jìn)行抗凍性檢測(cè)。

3.1 混凝土的質(zhì)量損失

圖2 質(zhì)量損失隨凍融次數(shù)的變化

試件在不斷重復(fù)的冷凍和融化的過(guò)程中會(huì)造成質(zhì)量減少，而造成這種現(xiàn)象的原因是混凝土的表面層在此過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)剝落。抗凍性能良好的材料在進(jìn)行凍融實(shí)驗(yàn)時(shí)表面脫離的質(zhì)量較小。因此可以對(duì)質(zhì)量的減少量進(jìn)行稱量以檢測(cè)其抗凍性能。在本次實(shí)驗(yàn)中，每進(jìn)行25 次循環(huán)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行一次質(zhì)量測(cè)量。具體結(jié)果如圖2所示。

圖2 表示：隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，所有試件的質(zhì)量損失都呈現(xiàn)出不斷增加的趨勢(shì)。添加量為5%和10%的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，相對(duì)于不添加的空白對(duì)照組其質(zhì)量損失幾乎在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中都較低。因此可以得到這兩組抗凍性能有所提升的結(jié)論。而相比之下，添加量為5%時(shí)其抗凍性能相對(duì)于10%的更佳。而另外兩組的結(jié)果顯示，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中其試件質(zhì)量損失量始終明顯高于空白對(duì)照組。也就是說(shuō)，添加量為這兩個(gè)值時(shí)，混凝土的抗凍性能不但沒(méi)有增加，反而還有所降低。且添加量越多，降低程度越明顯。對(duì)其原因進(jìn)行分析：石灰石粉作為填充劑能夠使混凝土的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，而更加密實(shí)的混凝土結(jié)構(gòu)其抗凍能力也更強(qiáng)，但是過(guò)量的石灰石粉不利于其抗凍性能的提升。

3.2 混凝土動(dòng)彈性模量的變化

本實(shí)驗(yàn)中還對(duì)混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量進(jìn)行了測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

圖3

所謂的“相對(duì)動(dòng)彈性模量”指的是在進(jìn)行了若干次凍融實(shí)驗(yàn)后試件的動(dòng)彈性模量相對(duì)于初始狀態(tài)下的比值。如上圖所示，凍融次數(shù)的增加導(dǎo)致各組的“模量”都呈下降趨勢(shì)。但是每一組降低的幅度有所不同。相對(duì)于20%的石灰石粉添加組，其他三組的變化幅度明顯小得多，其中最小的是石灰石粉添加量為5%的實(shí)驗(yàn)組。該組試件即便在經(jīng)過(guò)了200次循環(huán)試驗(yàn)后其變化程度依然控制在7%左右。20%石灰石添加組的變化幅度最大，當(dāng)兩百次循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后該值不到86%。同上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，相對(duì)動(dòng)彈性模量也隨著石灰石粉的添加有所改變，且依然是呈現(xiàn)“單峰”形態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)用于水泥路面施工的混凝土，人們一般比較重視其抗壓、抗折、抗凍等性能。而石灰石粉添加量的不同會(huì)對(duì)這些性能產(chǎn)生一定的影響。在本次實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了0%、5%、10%、15%和20%的梯度實(shí)驗(yàn)，以驗(yàn)證不同的添加量對(duì)各項(xiàng)性能的實(shí)際影響。從整體上來(lái)看，基本都滿足“單峰”模式，也就是在一定范圍內(nèi)有提升作用，超過(guò)該范圍后提升能力有所下降甚至出現(xiàn)了低于對(duì)照組的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象的原理幾乎都具有類似性，即小顆粒半徑的石灰石能夠充當(dāng)填充劑來(lái)對(duì)混凝土的空隙進(jìn)行填充，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性有一定的提升作用，但是過(guò)量的石灰石粉卻反而降低了其穩(wěn)定性。從整體上來(lái)看，本次實(shí)驗(yàn)遵循了相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)幾個(gè)重點(diǎn)的性能都分別進(jìn)行了檢測(cè)，并得到了初步結(jié)論。但是還存在一定的不足之處：（1）梯度設(shè)置不夠精細(xì)，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果都只獲得了初步結(jié)論，每隔5%設(shè)置梯度不利于探究最佳結(jié)論，只能夠得到一個(gè)初步的范圍。（2）實(shí)驗(yàn)組不夠多容易由于偶然誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響。但是在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，筆者在資源條件有限的情況下力求結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此其結(jié)果依然是有效的，它對(duì)在工程建設(shè)中混凝土的配置比例問(wèn)題依然具有一定的指導(dǎo)意義。