石灰石粉作为混凝土矿物掺合料对混凝土性能及耐久性的影响

乔云武

（华新混凝土技术中心，湖北　武汉　430080）

石灰石粉作为混凝土矿物掺合料对混凝土性能及耐久性的影响

乔云武

（华新混凝土技术中心，湖北武汉430080）

石灰石破碎过程中会产生大量石粉，造成环境污染和资源浪费.如果能合理有效地利用这些石粉，不仅可以节约资源，还能改善环境，从而取得良好的经济效益和社会效益。如果能将其稍作加工，作为辅助胶凝材料使用，替代日益紧缺的矿粉和粉煤灰，对于解决实际工程的原材料紧缺问题、降低工程造价和环保等将具有重大的现实意义，将有效的推动混凝土的可持续发展，是绿色建材的重要方向之一。

石灰石粉；混凝土；掺合料

0　前言

石灰石粉以 CaCO3为主要成分，是将石灰石经机械磨细产生的粉末状材料。石灰石粉作为混凝土矿物掺合料虽然有大量的研究，但在我国的实际工程中并没有得到大规模的应用，其主要原因是人们对石灰石矿物掺合料对混凝土性能影响规律的认识不够，没有真正掌握石灰石矿物掺合料在混凝土中的应用技术，且不同研究者所得研究结果也不尽相同[1]。其相关标准（《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》）还在征求意见当中。

1　试验原材料及试验方法

1.1原材料

水泥：华新 P•O42.5 水泥，相关性能指标见表 1。

表1　水泥性能指标

矿粉：武钢华新矿粉，相关性能指标见表 2。

表2　矿粉性能指标

粉煤灰：青源电厂粉煤灰，相关性能指标见表 3。

表3　粉煤灰性能指标

砂：洞庭湖河砂，相关性能指标见表 4。

表4　河砂性能指标

石：阳新骨料厂碎石，相关性能指标见表 5。

表5　碎石性能指标

石灰石粉：相关性能指标见表 6。

表6　石灰石粉性能指标

1.2试验方法

按照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法》，GB/T 50082－2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行试验。

2　试验结果与分析

2.1石灰石粉对混凝土工作性能及强度的影响

为了验证使用石灰石粉替代混凝土中各组分胶凝材料后对混凝土的影响，我们采用普通 C30 配合比，使用石灰石粉替代不同比率的水泥、矿粉、粉煤灰来观察混凝土各项性能的变化。

石灰石粉取代水泥后，对混凝土的凝结时间几乎没有影响，但混凝土的含气量有所下降，这是因为石灰石粉颗粒更小，部分取代水泥后填充效应更明显，因而导致含气量下降。混凝土外加剂掺量逐步降低，

这是因为石灰石粉表面致密光滑，且流动度比大，需水量低，因而外加剂掺量下降[2]。当石灰石粉取代水泥率超过10% 时，强度下降较为明显。从下面两张图中我们可以明显的看到石灰石粉取代部分水泥后对混凝土外加剂掺量及强度影响的规律。

图1　石灰石粉取代水泥率对混凝土工作性能的影响

图2　石灰石粉取代水泥率与混凝土强度关系图

为了更进一步研究石灰石粉作为矿物掺合料对混凝土的影响，我们分别采用石灰石粉取代粉煤灰和矿粉（粉煤灰取代率 0～100%，矿粉取代率 0%～60%），试验结果见图 3、4。

图3　石灰石粉取代粉煤灰

图4　石灰石粉取代矿粉

从图 3 和图 4 的数据可以看出，随着取代率增加，外加剂掺量逐步下降，坍落度损失变化不大，这两点均与取代水泥相同。

2.2石灰石粉对混凝土收缩性能的影响

为进一步探究掺入石灰石粉后，对混凝土耐久性方面的影响，我们采用大冶的石灰石粉使用表 7 中的配比 1、2、3，使用非接触式混凝土收缩变形测定仪对混凝土 1～60d 收缩值进行实时监测，试验所得数据如下。

图5　石灰石粉取代水泥率与混凝土收缩率关系图

从图 5 试验数据可以明显的看出，掺入石灰石粉后，混凝土的抗收缩能力明显增强，且掺入石灰石粉的量越大，其抗收缩能力越强，呈正相关趋势。

上述现象的形成原因可以归结为：①石灰石粉中的CaCO3和水泥中的 C3A 形成了膨胀性的产物水化碳铝酸钙；②石灰石粉表面光滑，消耗水量低，在低水胶比的情况下相当于增加了水/水泥的比例，因此能够改善由于自干燥作用而产生的自收缩效应，并且这种作用随着石灰石粉掺量的增加而增加[3]。

3　结论

（1）开发利用石灰石粉有巨大的经济价值和社会价值，试验证明其做为混凝土掺合料是可行的。（2）用石灰石粉替代部分现有混凝土中的胶凝材料，对混凝土的凝结时间影响不大，并能在降低外加剂掺量的情况下，保证混凝土的各项工作性能。（3）试验证明当石灰石粉活性达到 70% 以上时，可部分取代水泥，最佳取代量为 10% 左右，并可等量取代粉煤灰和部分取代矿粉（本试验为 60% 以下）。（4）石灰石粉的掺入可改善混凝土的早期抗裂性能，并提高混凝土的抗收缩性能。

由于石灰石粉相关标准暂未发布实施，相关标准仍在审议当中，本试验可作为其前期应用的验证。试验证明石灰石粉的 3d 活性与 28d 活性相差不大，实际生产中可先测得其 3d活性后再使用，当活性小于 60% 时，应放弃使用，以免对混凝土强度造成较大影响。而当活性在 60%～70% 之间时，应适当提高胶凝材料用量，以避免强度产生较大波动。

[1] 李化建； 赵国堂； 谢永江，等．石灰石粉作为混凝土矿物掺合料的研究．铁道建筑，2012(4)：141-144．

[2] 熊远柱，万慧文．石灰石粉对混凝土性能的影响。混凝土，2010(9)：96-98．

[3] 马烨红，吴笑梅，樊粤明，等．石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能的影响．混凝土，2007(6)：61-64．

［通讯地址］湖北省武汉市沌口路 华新混凝土技术中心（430080）

乔云武，工程师。