石灰石粉在自密实混凝土工程中的应用

王瑞

（宁夏锦泰鸿业商砼有限公司研发中心，宁夏 银川 750200）

石灰石粉在自密实混凝土工程中的应用

王瑞

（宁夏锦泰鸿业商砼有限公司研发中心，宁夏 银川 750200）

将石灰石粉部分取代粉煤灰用于自密实混凝土的制备，通过试验研究了其掺量对混凝土工作性能、力学性能及密实性的影响，结果表明：不同掺量的石灰石粉可以显著改善自密实混凝土的工作性，并且对混凝土的长期力学性能有所帮助，同时利用粗细骨料 Excel 软件求解骨料级配设计和优化配合比，能改善混凝土和易性、工作性、耐久性及工程实体感观。

自密实混凝土；石灰石粉；骨料级配；工作性；力学性能；密实性

0　前言

自密实混凝土（简称 SCC）拌合物具备良好的填充性、间隙通过性、匀质性及抗离析性，且具有高流动性、均匀性和稳定性。浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间，凝固硬化后有较好的力学性能和耐久性能。矿物掺合料是自密实混凝土必不可少的组分，现阶段使用最多的是用粉煤灰和矿粉作为调节自密实混凝土性能的材料，以往实际使用过程中多次出现混凝土表层呈现泡沫状、未燃烧煤灰上浮（表面呈现黑褐色）现象等。本文结合实际使用的原材料对石灰石粉和粉煤灰作为矿物掺合料进行自密实混凝土拌合物工作性能、力学性能、密实性等试验，对试验数据的进行整理分析，并在工程中得到使用。通过使用石灰石粉取代粉煤灰双掺和单掺粉煤灰进行混凝土工作性能、密实性、力学性能的试验和实际应用验证，研究和分析石灰石粉在不同掺量下的自密实混凝土拌合物工作性能、力学性能、密实性的各项试验数据，合理使用石灰石粉。针对自密实混凝土的密实性利用粗细骨料 Excel 软件自动求解骨料级配设计和优化配合比，选择合理骨料级配和砂率配制自密实混凝土来增加其密实性。

1　工程概况

银川某工程主体结构；包括 ABCD 座及其裙楼部分和地下室部分，总建筑面积约 178588.6m2。其中 A 座主体结构为钢、混结构，地下三层，地上 38 层，总高 158m，地上建筑面积约 60918m2，地下建筑面积约 14875m2。地下三层结构柱为钢骨柱结构 C55 自密实混凝土；地上 1～6 层为钢管柱结构 C55 自密实混凝土，6 层以上为 C50 自密实混凝土。参照 A 座主体钢柱结构设计，该工程钢柱结构使用的自密实混凝土在现阶段不具备泵送条件，均由塔吊自卸完成混凝土浇筑，随后将使用泵送法施工进行浇筑。结合我公司现有原材料和施工单位的技术要求，根据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》和 JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》标准进行材料选择、配合比设计，保证自密实混凝土工作性、密实性、力学性能及耐久性符合标准规范和设计要求。

2　原材料的选择

2.1水泥

宁夏石嘴山赛马水泥有限责任公司产赛马牌 P·O42.5R 水泥，3d 水泥强度 29.8MPa；28d 水泥强度 50.6MPa。

2.2掺合料

粉煤灰：宁夏青铝自备电厂Ⅰ级灰，45μm 方孔筛筛余10%，烧失量 4.75%。石灰石粉：阿拉善左旗鑫磊石料厂石灰石粉，比表面积 800m2/kg，45μm 方孔筛筛余 9.2%。掺合料性能见表 1、2。

表1　石灰石粉化学分析 %

表2　矿物掺合料物理性能 %

2.3骨料

粗骨料：阿拉善左旗鑫磊石料厂 5～20mm 碎石，含泥量 0.7%，压碎指标值 9.6%，其它性能见表 3；细骨料：阿拉善左旗鑫磊石料厂生产的水洗砂，细度模数 3.1，含泥量2.5%；吴忠关马湖砂厂生产的细砂，细度模数 1.8，含泥量2.3%。

2.4外加剂

宁夏腾仁化工建材有限公司腾仁牌聚羧酸高性能减水剂，减水率 28.9%，含固量 14%。

表3　粗骨料主要技术指标

2.5Excel 软件求解骨料级配试验数据分析

根据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中骨料级配范围，经过大量试验使用 Excel 软件求解骨料级配与相同砂、石相同用料比例做紧密密度、堆积密度试验数据基本接近，从而证明了 Excel 软件求解骨料级配的真实性和准确性，进而节省了人力和时间，提高了工作效率。合理调整砂率和粗细骨料用量设计配合比，有利于控制混凝土拌合物性能、工作性、密实性。

通过图1和表 3 的试验数据，根据粗细骨料合成级配找出骨料最佳级配和用料比例，其中粗骨料用料比例为5～20mm 碎石 : 5～10mm 碎石=75% : 25%；细骨料用料比例为水洗砂 : 细砂=70% : 30%。依据以上骨料用料比例设计和计算混凝土配合比，减少了骨料用料比例的随意性，弥补了实际混凝土生产中骨料级配缺乏定量化和计算机化。粗骨料在 Excel 软件计算下级配更加合理，孔隙率减小，从而提高了混凝土拌合物工作性、力学性能及密实性。

3　试验及结果分析

3.1石灰石粉取代粉煤灰对自密实混凝土拌合物性能试验数据分析

根据 JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、CCES02—2004《自密实混凝土设计与施工指南》和设计要求。利用表3、图1中得出的骨料级配和骨料用料比例设计配合比（见表4），根据 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》中骨料级配范围，用石灰石粉以水泥质量的 5%、10%、15%、20% 取代粉煤灰，结合该工程中对钢柱自密实混凝土工作性、填充性、间隙通过性的技术要求，用质量法假定 C55 自密实表观密度 2415kg/m³，砂率提高到 40% 和 C50自密实表观密度 2410kg/m³，砂率提高到 41%，设计混凝土配合比见表 5），观察混凝土拌合物工作状态并得出试验数据（见表 6）。

图1　粗细骨料级配曲线图

表4　混凝土试验配合比 kg/m3

通过观察表 5 的试验，混凝土拌合物的和易性、工作性随着石灰石粉掺量的逐步提高，和易性、工作性越来越好。单掺粉煤灰的两组混凝土拌合物出现表面上浮未燃烧的煤灰（呈黑褐色）、混凝土出现轻微的浆骨分离现象且在静止的过程中表面出现气泡集中不宜消除的现象，凝固硬化后表面呈泡沫状，随着石灰石粉掺量的逐步提高该现象有所改善并得到解决。

3.2石灰石粉对自密实混凝土工作性和力学性能试验数据对比和分析

通过表 5 在试验室对混凝土配合比进行调整并对各项技术指标性能进行观察和验证，制作 100mm×100mm×100mm试件进行抗压强度试验。根据自密实混凝土相关标准和技术要求，通过检测自密实混凝土 T500 扩展时间、L 型仪 H2/ H1值、初始坍落度/坍落扩展度值及 1h、2h 保留值、抗压强度，选择各项技术指标符合要求的应用于实际工程中。

通过表 6及图2的试验数据可以看出，检测坍落扩展度、T500 扩展时间、L 型仪 H2/H1 值、初始坍落度/坍落扩展度值及 1h、2h 保留值、抗压强度得出的试验数据来看。随着石灰石粉掺量逐步增加，坍落度、坍落扩展度有明显改善，坍落度经时损失减小，T500 扩展时间随之缩短。保证了自密实混凝土在现场自卸两小时达到技术要求。当掺量达到 20%时，混凝土拌合物从感观和工作性状态出现粘性增大，T500扩展时间增加流动性减缓现象不利于自密实混凝土施工。混凝土的力学性能方面随着石灰石粉掺量的提高，混凝土 7d、28d 抗压强度有所增长，符合规范和设计要求，并对该自密实混凝土进行了 60d 抗压强度检测，相比单掺粉煤灰强度增长明显。

表5　混凝土调整后配合比 kg/m3

表6　拌合物性能试验结果

图2　抗压强度统计图

表7　A组和B组混凝土配合比对比 kg/ m3

表8　工作性和力学性能试验数据对比

3.3石灰石粉与骨料最佳级配结合运用对混凝土工作性、密实性及力学性能试验和数据分析

根据相关标准规范和现有试验仪器，结合实际混凝土生产中，骨料级配是参照国家规范通过砂率确定的，缺乏定量化、计算机化。通过使用石灰石粉和 Excel 软件求解骨料级配相结合进行混凝土配合比的设计和计算，进行配合比优化。并对配合比进行试验验证和实际工程运用，以本文中粗细骨料级配曲线图、用质量法假定 C55 自密实表观密度 2415kg/m³为例设计配合比，砂率相同为 40%，A 组为运用 Excel 软件求解骨料级配计算配合比和 B 组为参照标准质量法计算配合比，并对两组配合比进行表观密度和工作性试验对比。

通过表 7、表 8 的配合比进行反复试验验证，观察和检测混凝土拌合物的和易性、工作性、密实性及力学性能，最终调整和确定实际使用配合比。通过A组和B组混凝土拌合物和易性、工作性及力学性能的对比可以看出，使用最佳级配配制的混凝土在和易性、工作性方面明显优于B组质量法配制的混凝土。从感观来看 A 组明显比 B 组混凝土骨料级配更加合理，拌合物工作状态更好，混凝土表观密度实测值相对比B组拌合物表观密度值高，混凝土的密实性得到改善和提高。同时运用了骨料最佳级配这一科学的计算方法，在该工程和其他工程中的使用后，运用骨料最佳级配来调整和控制混凝土出厂质量，既提高了混凝土拌合物的和易性、工作性，又降低了因级配不合理造成的和易性差、工作性差、可泵性差、易开裂等问题。

4　结论

（1）石灰石粉作为矿物掺合料在自密实混凝土中使用，能够较好的改善混凝土拌合物的和易性、工作性、密实性及力学性能。和粉煤灰复掺运用到自密实混凝土中，既改善了混凝土的各项性能，又充分的利用石粉资源减少了对环境的污染，提高了经济效益。

（2）石灰石粉随着其掺量的增加，混凝土的填充性及间隙通过性逐步变好，当掺量大于水泥质量的 20% 时，在强度较高的混凝土中使用出现粘性增大，流动性减缓现象，混凝土拌合物工作性、力学性能及经济性均略有降低。

（3）在合理掺量下使用石灰石粉，利用 Excel 软件求解骨料级配与石灰石粉相结合，选择骨料最佳级配和合理砂率来配制混凝土，增加了混凝土的密实性，减少了质量缺陷，还改善了工作性、耐久性、力学性能及工程实体感观，提高了混凝土拌合物和易性、施工工作性、可泵性及工作效率。

[1] JGJ/T 283—2012．自密实混凝土应用技术规程[S]．

[2] CCES02—2004．自密实混凝土设计与施工指南》[S]．

[3] 杨欣，马雪英，吕兴国．石灰石粉在自密实混凝土中应用的研究[J]．商品混凝土，2011.07．

[4] 吴中伟，廉慧珍．高性能混凝土[J]．中国铁道出版社，1999.9．

[5] 宋少民，刘娟红．绿色高性能混凝土技术与工程应用[J]．中国电力出版社，2011.1．

［通讯地址］宁夏回族自治区银川市德胜工业园区新胜东路（750200）

王瑞（1986—），男，工程师，长期从事混凝土技术工作。