石灰石粉应用于混凝土中的若干问题研究

邓春林

（重庆拉法基智深混凝土有限公司，重庆 401220）

0 引言

近年来，磨细石灰石粉在我国混凝土行业中得到广泛应用，试验证明磨细石灰石粉具有一定的活性，能够替代混凝土中的部分水泥和粉煤灰，同时能够改善混凝土和易性和流变性，具有一定的经济价值，其作用机理为：一是晶核效应，促进 C3S 水化，促进 C3A 反应，有利于混凝土早期强度发展；二是在化学作用上，碳酸铝盐的形成，抑制 Aft向 Afm 转变，硅酸盐水泥：C3A+CaSO4→AFt（钙矾石），C3A+AFt→Afm（单硫型硫铝酸钙），当石灰石存在时：C3A+CaCO3→Mc/Hc（单碳/半碳铝酸钙），该机理得到了广泛的验证和应用。本文所指的磨细石灰石粉是采用石灰岩碎石粉磨出来的产品，有别于在生产碎石和机制砂的过程中产生的石灰石粉。

国内一些专家研究表明，磨细石灰石粉替代 5%～10%水泥时，混凝土早期强度有所提高，28 天强度基本保持不变，但是磨细石灰石粉替代水泥的比例不宜超过 20%，否则强度会呈直线下降。在磨细石灰石粉的应用当中，需要注意一些问题，才能够产生较好的经济效益、避免出现质量问题。有的地区存在将磨细石灰石粉冒充矿渣粉进行销售，而混凝土搅拌站将这样的伪“矿粉”当作真矿粉来使用，在混凝土生产中按照 S75 甚至 S95 级矿粉进行生产，这种不规范的做法会产生极大的质量风险，毕竟石灰石粉不是矿粉，二者不能等同。因此，在磨细石灰石粉的应用当中，我们必须要注意在配合比设计、材料检验、混凝土生产质量控制方面层层把控，才能正确应用磨细石灰石粉，防止造成质量事故。

1 石灰石粉活性与细度的关系、细度与成本的关系

研究表明，要使石灰石粉具有较好的活性和经济性，需要将石灰石粉细度控制在一定范围内。比较准确的表示石灰石粉细度的指标是比表面积，试验表明，当磨细石灰石粉的比表面积低于 600cm2/g 时，其活性会呈现直线下降；而当磨细石灰石粉比表面积大于 900cm2/g 后，其活性增长非常微弱，同时粉磨石灰石粉的电耗会急剧上升，导致生产成本大幅增加。因此磨细石灰石粉的比表面积宜控制在600～900cm2/g内，这样磨细石灰石粉既具有较好的活性也具有较低的生产成本，也就具有了一定的经济性和使用价值，能够应用于混凝土中，降低混凝土成本和提高混凝土性能。对于外购磨细石灰石粉的商品混凝土企业来说，在材料购买合同中就一定要约定一些重要的质量指标，其中石灰石粉的细度就是非常重要的一项指标，它关系到混凝土成本和质量，如果细度达不到要求，最终会影响混凝土的一系列性能；对于自行生产磨细石灰石粉的商品混凝土企业来说，对细度的控制就比较方便了，综合考虑生产成本来确定最佳的细度，如果在进行粉磨的时候产生了粘球等现象还可以掺入一定量的粉煤灰来改善。图1 为磨细石灰石粉的样品，外观呈灰白色，易起团，堆积密度较小。

图1 磨细石灰石粉样品

2 磨细石灰石粉中泥粉含量对石灰石粉活性的影响

如果在磨细石灰石粉的生产过程中带入了泥土，就会使得石灰石粉含泥量过大，极大的影响石灰石粉的活性以及混凝土的性能，如泥粉吸附外加剂造成混凝土坍落度损失过大，混凝土强度因石灰石粉含泥量大而下降，混凝土耐久性也会受到较大的影响。因此，在石灰石粉生产过程中，应该先将石灰岩中的泥土和杂质去除，再进入磨机内进行粉磨，这样生产出来的磨细石灰石粉才可能具有较高的品质。图2为可用于磨细石灰石粉生产的洁净 20～40mm 石灰岩碎石。目前对于磨细石灰石粉内泥粉含量还没有一个较为准确的方法进行测定，比较通行的做法是参考人工砂亚甲蓝试验，使用亚甲蓝试剂对石灰石粉的含泥量进行判定，可以考虑按人工砂试样质量的 10%～15% 做为石粉试样的质量，这样结果才有参考作用，因为在做人工砂亚甲蓝试验时人工砂的石粉含量通常在 10%～15% 内，如果称取和人工砂同样质量的石灰石粉进行亚甲蓝试验试验时，加入很多亚甲蓝指示剂也不出现色晕，结果难于判定准确。

图2 用于生产磨细石灰石粉的20～40mm 洁净石灰岩碎石

3 石灰石粉混凝土长期体积稳定性

由于磨细石灰石粉细度比水泥还大，加入石灰石粉后，混凝土早期放热速率加快，增加了混凝土因温度应力而产生裂缝的风险。目前石灰石粉应用于混凝土中的行业标准已经在制定，但是由于还缺乏对石灰石粉混凝土长期体积稳定性的相关研究，因此，在石灰石粉应用时还是应当注意使用范围，不宜用于重要工程或重要结构部位，而从非结构部位开始应用，避免对混凝土结构耐久性产生不利影响的风险。

4 石灰石粉水泥胶砂流动性及石灰石粉与外加剂的适应性

通过对不同细度的石灰石粉，以不同的掺量进行水泥胶砂流动度试验，可以发现石灰石粉对水泥胶砂流动度的影响：石灰石粉掺量提高，水泥胶砂流动度显著降低，石灰石粉的细度提高对胶砂流动度影响不明显，600cm2/g 时最好。由于石灰石粉细度远超过水泥，因此在掺入混凝土后，可以显著改善混凝土和易性，增大混凝土初始坍落度。这是因为石灰石粉比水泥更细，可以充分的填充水泥颗粒之间的间隙，在胶凝材料总量不变的情况下，增加了浆体的体积，有效降低了混凝土离析和泌水的可能性，但是通过试验可以发现，掺入石灰石粉的混凝土坍落度损失显著增大，尤其是混凝土的流动性损失很快，1 小时后混凝土扩展度减小，基本失去流动性。其原因在于超细的石灰石粉吸附了外加剂，在继续掺入外加剂后，混凝土又具有一定流动性了。因此在石灰石粉混凝土的生产中，如果坍落度损失太大难以控制时，有条件的可以采用后掺外加剂的办法来解决这个问题。

5 石灰石粉在混凝土生产中的一些问题分析

磨细石灰石粉极易受潮，并且受潮后易结团，在筒仓内造成空拱现象，难以进入螺旋输送机，影响混凝土生产速度，因此必须严格控制石灰石粉在进入筒仓时的含水量，在进入筒仓后不宜贮存太久，应尽快使用。图3 为石灰石粉受潮后在筒仓中的空拱现象。

对于掺磨细石灰石粉的混凝土生产质量控制来说，应该要注意几点：一是混凝土坍落度损失问题，需要提高混凝土坍落度以及坍落度经时损失的检测频率，并定期进行外加剂与磨细石灰石粉的适应性试验，防止因适应性出现问题造成混凝土坍落度经时损失过大，无法正常进行混凝土浇筑，甚至导致质量问题；二是要多留置不同龄期的试件，掌握混凝土强度发展规律，及时进行配合比调整；三是对使用人工砂配制混凝土掺入磨细石灰石粉时，更应该注意人工砂中石粉与磨细石灰石粉叠加对混凝土性能的影响。

图3 石灰石粉在筒仓中的空拱现象

6 结束语

石灰石粉在混凝土中科学、合理的应用，有利于提高混凝土工程的质量，同时提高石灰石粉在混凝土中的利用率，可以降低水泥用量，降低混凝土生产成本，促进节能、降耗、低碳和可持续发展。磨细石灰石粉掺入到混凝土充当掺合料，已成为今后混凝土工业的研究热点和发展趋势，磨细石灰石粉还属于一种新兴的掺合材料，如何正确的使用磨细石灰石粉是今后需要全行业去总结经验和关注的问题。每一种新型的材料在使用的过程中，都会出现一些问题，如粉煤灰在 90 年代开始应用于混凝土当中时，也有许多反对的声音，认为粉煤灰没多大活性、在混凝土中掺入粉煤灰会产生质量问题，许多人都不敢去使用它，而事实证明，粉煤灰不仅具有活性而且能提高混凝土性能，使其从工业废物变成了抢手的混凝土掺合料。因此，在应用于混凝土中的时候，我们应该敢为天下先，科学地去应用磨细石灰石粉，只有我们掌握了磨细石灰石粉的特性，才能有效避免磨细石灰石粉在应用的过程中出现问题，在为企业带来经济效益的同时也实现了绿色、环保和可持续发展的战略。