制備石大灰壩石碾粉壓部混分凝替土代性粉能煤的灰研究*

（中建西部建設貴州有限公司，貴州 貴陽 550004）

隨著我國城鎮化、城市基礎設施建設的大力發展，粉煤灰作為混凝土摻合料的需求日益增加。粉煤灰供應關系提示我們急需找到一種可替代粉煤灰的摻和料，其他摻和料及各種粉體材料在碾壓混凝土中的研究應用受到了前所未有的重視。

石灰石粉是指石灰巖或其風化程度不大的礫石經破碎、粉磨加工后的小于 0.16mm 的細顆粒。將其作為摻和料在碾壓混凝土中應用的重視程度也是前所未有的，現在石灰石粉已成為碾壓混凝土膠凝體系中不可缺少的組成部分，機制砂中石粉含量的高低直接影響碾壓混凝土拌和物性能[1-2]，石粉在一定范圍摻量內具有改善粉料級配和微集料效應，明顯改善新拌混凝土的工作性，對混凝土的凝結時間影響甚小；在摻量合理的范圍內對提高混凝土的強度和抗滲性能有著積極的作用，并能減少水泥用量 30～50kg/m3，從水化熱角度考慮，可以降低 3～5℃ 絕熱溫升，這對于控制溫度應力、提高混凝土抗裂、抗滲性能非常有利。

在通過普定、汾河二庫為代表等眾多工程的碾壓混凝土壩的實踐中，人們對石灰石粉在碾壓混凝土中應用的認識越來越清晰，當石粉含量為摻量 18% 時，很大程度上可以改善碾壓混凝土拌和物工作性能，且摻量可進一步提高，0.075mm 以下的細石粉已成為現有摻和料的重要組成部分[3]。國外早些年就進行了大量研究，在日本的千屋壩工程中石粉的替代率高達 55%，取代粉煤灰用于制備碾壓混凝土，其壩體各種工程指標均能滿足設計要求[4]。

1 碾壓混凝土性能試驗

1.1 試驗原材料

水泥（C）為 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；減水劑為FDN 高效減水劑；引氣劑為貴州三圣建材生產的 KDSF引氣劑。水泥、粉煤灰（F）、骨料、減水劑、引氣劑的品質均滿足相應的規范與 DL/T 5112—2009《水工碾壓混凝土施工規范》的要求，石灰石粉為石灰石破碎、粉磨加工而成。

石灰石粉（LP）的物理性能和化學指標分析試驗結果如表 1 所示，水泥、粉煤灰和石粉的物理性能和化學分析結果如表 2 所示。

表1 石灰石粉物理性能與化學分析

表2 水泥和粉煤灰物理性能與化學分析

1.2 碾壓混凝土配合比

以某工程碾壓混凝土施工配合比為基礎，本文共設計了 4 組碾壓混凝土配合比，水膠比均為 0.50，(F+LP)總量為膠凝材料總量 (C+F+LP) 的 3/5，粗骨料級配粒徑搭配：大石∶中石∶小石=35∶35∶30，減水劑和引氣劑摻量分別為膠凝材料總量的 0.7% 和 0.045%。碾壓混凝土配合比見表 3。碾壓混凝土 VC值控制在 3～5s，含氣量為 3.0%～3.5%，容重控制在 (2450±50)kg/m3。

表3 碾壓混凝土試驗配比

2 試驗結果與分析

2.1 力學性能

不同摻量石灰石粉取代粉煤灰制備碾壓混凝土試塊的抗壓強度、劈拉強度、極限拉伸值、抗壓彈性模量試驗結果如表 4 所示。

表4 碾壓混凝土力學性能測試結果

由表 4 可知：

（1）以石粉替代部分粉煤灰，抗壓強度、劈拉強度、極限拉伸值變化隨石灰石粉摻量的增加呈減小的趨勢，抗壓彈性模量變化不大。

（2）在 0.50 水膠固定的情況下，當取代比率小于40% 時，28d 齡期的抗壓強度與單摻粉煤灰的混凝土較為接近，當比例大于 40% 時，隨著齡期延長抗壓強度逐漸降低。

2.2 自身體積變形

碾壓混凝土自身體積變形試驗結果如表 5 所示。

由表 5 數據可知，以石灰石粉取代粉煤灰，早期雙摻和單摻粉煤灰對碾壓混凝土自身體積變形影響不大，但 7d 齡期過后，摻入石灰石粉比單摻粉煤灰變形要大，且自身體積變形量隨著石灰石粉的摻量在增加。

表5 碾壓混凝土自身體積變形試驗結果

2.3 絕熱溫升

碾壓混凝土絕熱溫升試驗結果如表 6 所示。

表6 碾壓混凝土絕熱溫升試驗結果

由表 6 可知，以石灰石粉部分取代替粉煤灰，在相同的情況下，1d 齡期的溫升值已經開始增加，說明水化反應已經開始了，隨著齡期增長絕熱溫升比單摻粉煤灰絕熱溫升值低，石灰石粉 28d 絕熱溫升值比粉煤灰低了 1.63℃。

2.4 耐久性

碾壓混凝土 90d 抗滲、抗凍性能試驗結果分別如表 7、表 8 所示，由試驗結果可知，石灰石粉摻量在20%～40%、水膠比在 0.5 的情況下，石灰石粉的取代沒有對碾壓混凝土的抗滲、抗凍性能產生不利的影響，同時制備的混凝土還滿足耐久性指標要求。

表7 碾壓混凝土抗滲試驗結果

表8 碾壓混凝土抗凍試驗結果

石灰石粉是一種可以改善碾壓混凝土性能的功能性膠凝材料，石灰石粉對混凝土強度和微觀結構、水化機理方面的影響已有大量的研究[5-7]。石灰石粉在兩個方面（物理、化學）來作用膠凝材料體系，通過填充作用、異相成核作用和稀釋作用等物理作用來參與作用，化學作用主要體現在石灰石粉可與普通硅酸鹽水泥中的礦物組分鋁酸三鈣（C3A）、鐵鋁酸四鈣（C4AF）反應生成水化碳鋁酸鈣[8-10]。石灰石粉可以填充水泥顆粒之間的空隙形成更加緊密的水泥顆粒體系，而且還可以作為晶核促進 Ca(OH)2生長，加快了水泥水化的作用[11]，從而改善水泥膠凝材料的膠結性能[12]。石灰石粉作為水泥輔助材料或混凝土摻和料使用可促進水泥漿體早期水化，提高早期強度，改善新拌混凝土拌合物的和易性，也能彌補粉煤灰早期水化速率緩慢、早期強度不足的缺點，可同時滿足混凝土早期和長期耐久性性能的要求。

3 結語

粉煤灰化學作用機理是與水泥水化產物 Ca(OH)2發生二次水化反應，保證了混凝土后期強度穩定增長，同時由于粉煤灰疊合效應和“滾珠”效應，充分填充了混凝土的空隙和改善結構空隙，使大孔數量減少、細孔均勻分布。由此，可以考慮將其填充空隙作用、改善粉料級配作用將由其他粉體替代，應能達到改善工作性的目的。在不具備粉煤灰資源的地區修建大壩，或粉煤灰運輸距離能作用到筑壩經濟性的情況下.考慮采用加工方便、指標易控制的灰石粉作為碾壓混凝土的摻和料代替部分粉煤灰，設計出滿足施工要求、耐久性要求、經濟實用的配合比，是完全可以做到的。