石灰石粉对混凝土性能的影响

吴小锋　王卫平　黄小玲（东莞市虎门港混凝土有限公司；东莞华润水泥厂有限公司）



石灰石粉对混凝土性能的影响

吴小锋1王卫平1黄小玲2
（1东莞市虎门港混凝土有限公司；2东莞华润水泥厂有限公司）

【摘要】通过用石灰石粉替代粉煤灰或矿渣粉进行试验，研究石灰石粉对混凝土强度和工作性能的影响。试验结果表明：在混凝土中掺入适量的石灰石粉，可提高混凝土的和易性，减小坍落度损失，但石灰石粉替代量超过总掺合料的50%以上，混凝土坍损变大，后期强度增进变小。

【关键词】石灰石粉；混凝土；工作性能；强度

1　前言

粉煤灰和矿渣粉是混凝土中的主要矿物掺合料，在降低混凝土生产成本，改善混凝土性能方面的作用非常重大。但是，目前优质粉煤灰供应紧张，而且价格也越来越高。因此许多混凝土企业都在积极寻找一种价格低廉且容易获取的掺合料来取代粉煤灰和矿渣粉。石灰石粉是以一定纯度的石灰石为原料，经粉磨至规定细度的粉状材料，在国外早已被广泛用作混凝土矿物掺合料，对改善混凝土的工作性能，提高混凝土早期强度均有一定作用。本文主要讨论用石灰石粉替代部分或全部粉煤灰或矿渣粉后混凝土性能的变化情况，以研究石灰石粉对混凝土性能的影响。

2　石灰石粉在混凝土中的作用机理

石灰石粉的比表面积一般在400m2/kg以上，根据粉磨工艺的不同，有些能达到1000m2/kg甚至还要高，其颗粒分布最高峰一般在10μm以下。石灰石粉在混凝土中的作用主要有以下几个方面：

⑴填充效应：石灰石粉中3μm以下的颗粒较多，而水泥、矿粉和粉煤灰中3μm以下的颗粒较少，因此石灰石粉能够与水泥及其它矿物掺合料互相补充，形成良好的级配，达到提高密实度的效果。试验表明，石灰石粉对砂浆和混凝土的孔结构具有明显的改善作用，随着石灰石粉掺量的增加，大于200nm的孔结构明显减少，50nm以下的孔结构明显增加，石灰石粉对砂浆孔隙的细化作用明显。

⑵保水作用：石灰石粉颗粒表面光滑，水分在其表面附着力小，可以起到一定的物理减水作用。石灰石粉在混凝土拌合物中开始阶段吸水，等混凝土硬化后，其吸入的水分又慢慢释放出来，补偿混凝土后期水化，减小混凝土收缩。同时，石灰石粉还可以降低混凝土的黏滞性。

⑶微晶粒效应：水泥水化产生的C-S-H和Ca（OH）2可生长在石灰石（CaCO3）的颗粒表面，防止Ca（OH）2在水泥石和骨料界面生成大晶体，增强界面黏结，同时降低了液相离子浓度，从而加速C3S的水化，有利于混凝土早期强度的增长。

3　实验材料及方案

3.1实验材料

⑴水泥：采用P·O42.5R水泥，物理性能见表1。

表1　水泥物理性能指标

⑵矿渣粉：S95级矿渣粉，比表面积445m2/kg，7天活性80%，28天活性108%。

⑶粉煤灰：F类II级灰，45μm筛余18%，需水量比102%，7d活性指数66%，28d活性指数72%。

⑷石灰石粉：化学及物理指标见表2。

表2　石灰石粉化学及物理指标

⑸砂：中砂，细度模数2.6。

⑹石子：5～25mm连续级配。

⑺减水剂：聚羧酸高效减水剂（缓凝型）减水率23.8%

3.2试验方法

各组试配胶凝材量总量、砂、石、用水量及水泥用量均固定不变，掺合料总量占胶凝材料总量的45%，以只掺矿渣粉和粉煤灰的试验组为基准组（S0），对比组石灰石粉分别占胶凝材料总量的7.5%、15%和22.5% （S1-S9）。具体配合比见表3。

表3　混凝土配合比（kg）

4　试验结果及分析

上述试配搅拌后按GB/T 50080-2002和GB/T 50081-2002规定的试验方法，检测混凝土坍落度、扩展度及抗压强度。

混凝土工作性能及强度见表4、图1及图2。

从图1、图2及表4看出，掺入石灰石粉后，混凝土拌合物坍落度有增大的趋势，且坍损减少。另外，掺入适量石灰石粉后，混凝土流动度变大，且流动度经时损失减小。而且，从拌制过程中也可以看出，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土表观浆量增加。这是由于石灰石粉颗粒较细，能够补充水泥与粉煤灰之间缺少的细颗粒，增大了固体表面积，从而减少泌水和离析，增加了混凝土的浆量；另外，表面致密光滑的石灰石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，起到分散剂的作用，能促进水化初期水泥颗粒的解絮，从而改善混凝土的和易性。

从图2可以看出，掺入石灰石灰对混凝土强度可以提高混凝土的强度，但是石灰石粉掺量达到总掺合料的50%时，混凝土后期强度增长率有下降的趋势。

表4　混凝土工作性能及强度

图1　坍落度及流动度柱形图

图2　抗压强度柱形图

5　试验结论

⑴掺入适量的石灰石粉能有效提高混凝土的和易性，特别是石灰石、粉煤灰及矿渣粉按合适的比例掺入混凝土中效果更好，但石灰石粉掺量过大，混凝土的坍损变大。

⑵适量的石灰石粉掺入混凝土中，对混凝土强度影响不明显，但石灰石粉掺量达到总掺合料的50%时，混凝土后期强度有降低的趋势。

6　结束语

关于石灰石粉用作混凝土掺合料的试验研究已有很多，大家得出的结论也并不完全一致。但是对石灰石粉有一定的减水作用及石灰石粉能有效改善混凝土和易性等结论都保持一致。实际上，不同细度的石灰石粉与其它胶凝材料混合，想要混合物的颗粒级配达到最好，其中掺入石灰石粉的掺量必然是不同的。而且如果石灰石粉中的含泥量较大，将会造成混凝土拌合物坍损显著增大。因此，每次试验用到的石灰石粉的细度、品质及含泥量等，还有粉煤灰及矿渣粉的细度、品质的不同对试验结论均会产生很大影响。因此，在实际生产中要对石灰石粉的品质进行必要的控制，可以通过检测石灰石粉的筛余或者比表面积来控制石灰石粉的细度，通过检测石灰石粉中CaO及SiO2等成分的含量来判断石灰石粉的含泥量。●

【参考文献】

［1］李旭光，陶珍东，陈果园，等.石灰石粉粒度分布对水泥性能的影响［J］.建材技术与应用，2014（01）∶18-21.

［2］黄荣辉，等.预拌混凝土实用技术简明手册［M］.北京：机械工业出版社，2014.90-100.

［3］刘伟华，龚建贵，于震，等.不同比表面积石灰石粉取代粉煤灰对混凝土性能的影响［J］.混凝土世界（增刊），2014（10）∶55-57.