机制砂中的石灰石粉对混凝土性能的影响

王毓发，孙文滨，王秀青，刘英钊，孟玉冰

（1. 山东建泽混凝土有限公司，山东　济南　250000；2. 青岛武警边防支队，山东　青岛　266000）

机制砂中的石灰石粉对混凝土性能的影响

王毓发1，孙文滨2，王秀青1，刘英钊1，孟玉冰1

（1. 山东建泽混凝土有限公司，山东济南250000；2. 青岛武警边防支队，山东青岛266000）

在生产人工砂和碎石的过程中产生的石灰石粉虽然还未大规模的作为掺合料使用在混凝土生产中，为了节约资源、不多占用堆放场地，对石灰石粉的利用和推广是十分必要的。本文针对石灰石粉在混凝土中的不同掺量对混凝土的多项性能的影响做了研究。

石灰石粉；活性指数；混凝土；机制砂

0　绪论

生产粗骨料和机制砂的过程中，经过除土开采、机械破碎、筛分等层层工序会产生大量的石粉，石粉的随意丢弃导致堆积成山，既造成资源的浪费又形成对环境的污染，而且夹杂在机制砂中的石粉还可能对混凝土的性能造成一些未知的影响。随着掺合料的需求量越来越大，优质掺合料的供应不足，解决掺合料的问题刻不容缓。在混凝土中如何有效利用石灰石粉，以及人工砂中石灰石粉对混凝土性能的影响，减少石灰石粉废料的污染和浪费，对于混凝土产业的可持续发展具有重大的现实意义。

1　石灰石粉在混凝土中的应用

石灰石粉应用于混凝土的掺加方式主要有三种：一是取代细骨料；二是取代水泥；三是不取代任何基本组分外掺。不同的掺加方式对混凝土性能的影响不尽相同。另外，石灰石粉的细度对其三大效应的影响比较显著。为此，研究石灰石粉对混凝土性能的影响，实际上就是研究石灰石粉不同掺加方式，不同掺量和不同细度对混凝土性能的影响

1.1石灰石粉的活性

为了确定石灰石粉在混凝土中的基本掺量，做水泥胶砂对比试验，找出石灰石粉对水泥的最佳替代率，并与粉煤灰做对比。对比结果见表1～3和图1、2。

试验材料均为搅拌站平常生产所用的材料。

石灰石粉：济南长清二十三厂生产的人工砂过0.08mm筛所得；

水泥：中联 P·O42.5水泥；

粉煤灰：茌平 Ⅲ 级灰，细度35%，需水量95%。

外加剂：济南国汇外加剂厂 BS-5型脂肪族外加剂；

矿粉：永通 S95。

根据石灰石粉不同掺量的活性试验数据统计可见：当石灰石粉掺量在10% 时石粉活性达到顶峰，能达到水泥强度99%；28天时活性有所降低，为水泥活性的95%，但是也达到了国标中对 S95矿粉活性指数（7天不小于75%，28天不小于95%）的要求。当掺量为15% 时活性减少了13% 左右，7天与28天活性基本统一。与粉煤灰相比（掺量均为30%）时，活性基本一致。

表1　石灰石粉不同掺量的活性（7天）

表2　石灰石粉不同掺量的活性（28天）

表3　石粉与粉煤灰活性对比试验数据统计

1.2石灰石粉对混凝土抗压强度的影响

为了进一步研究石灰石粉对混凝土性能的影响，根据前面得出的石灰石粉活性的数据，在混凝土试配中进一步验证其对混凝土强度及工作性能的影响。

图1　不同石灰石粉掺量对混凝土抗折强度的影响

图2　不同石灰石粉掺量对混凝土抗压强度的影响

设定混凝土标准坍落度为220mm，随着石灰石粉掺量的增加，要达到相同的流动性，外加剂的用量也随之增大。从7天强度来看，石灰石粉掺量的变化未给强度带来较大变动。当石灰石粉掺量为10% 可以提高混凝土的3天、28天抗压强度，当掺量增加到20% 和30% 时，混凝土的抗压强度有所下降。掺加石灰石粉的混凝土3天强度除以28天强度的比值基本相同，掺加石粉不能促进水泥水化。掺量在10%以内时，石粉比表面积增大，混凝土强度有很大提高（见表4）。

表4　不同掺量石灰石粉对混凝土性能的不同影响

由于石灰石粉的活性不及水泥，其大量取代水泥后，混凝土的有效水灰比增大，胶凝材料总量的减少，混凝土的性能也会受到不利的影响。

1.3机制砂中的石灰石粉对细集料的取代

将石灰石粉取代混凝土中的天然砂已有很多单位及技术人员做过相关试验和探索，但以往的试验都是完全以石灰石粉作为混凝土的细集料，由于石灰石粉的粉状颗粒含量过大，混凝土的需水量较大、工作性较差、强度下降，故石灰石粉一直无法作为细集料在混凝土中得到利用。

但是用石灰石粉仅对部分天然砂进行替代，从而作为混凝土的细集料被利用，而又不降低混凝土的各项性能，则可以在一定程度上解决天然砂供应紧张的局面并可以在一定程度上对混凝土的材料成本起到降低的作用，同时可以解决石灰石粉对环境的污染问题。按照目前的预拌混凝土生产技术，在生产过程中可以准确地按一定比例掺用部分石灰石粉等量替代天然砂是不成问题的，只要能试验研究出一个合理的替代率，石粉完全可以得到有效的利用。

针对特定地区的河砂，试找出一定的比例掺用部分石粉替代天然砂，得到合理的替代率，使得混凝土的各项性能不会降低，而且可以在一定程度上缓解天然砂紧张的局面，降低了生产成本同时也解决了石粉对环境污染的问题，变废为宝。

1.4机制砂中的石灰石粉对混凝土工作性能的影响

经研究表明，混凝土的初始坍落度基本会随石粉掺量的增大而增大，特别是在水泥用量较少的情况下更为明显，这有利于混凝土的泵送施工。随着石灰石粉的掺入，新拌混凝土的坍落度经时损失也明显降低，保水性良好。这对炎热气候条件下混凝土的施工或长距离运输是非常有利的。这是由于石粉的细微颗粒可以增加水泥中其间缺少的细颗粒，填充在水泥颗粒间的空隙中，不仅起到“滚珠”的作用，而且还可以对将填充于水泥空隙中的填充水进行置换，使粒子之间的间隔水层加厚，因此可以增大新拌混凝土的流动性。石灰石粉具有良好的形态效应和填充效应，表面致密光滑的石灰石粉颗粒分散在水泥粒子之间，起到分散剂的作用，细小的石灰石粉颗粒对水泥水化过程中形成的絮凝结构有着解絮作用。此外，石粉的比重小于水泥的比重，在胶凝材料总量不变的情况下，混凝土的含浆量增加，从而改善了混凝土的和易性，减少了泌水和离析。在保持混凝土坍落度基本相同的情况下，掺入石粉可减少混凝土用水量，从而降低了水胶比，进而影响混凝土的诸多性能。水泥被石粉取代后，其用量降低，加之石粉的活性较低，整个体系的反应速度也随之变缓，因此减少了坍落度的经时损失。

2　石灰石粉对混凝土后期的影响

石灰石粉对混凝土后期影响最显著的就是起尘现象。不参加水化反应的石灰石粉由于密度小，易于浮于混凝土浆体的表面，待混凝土终凝后石灰石粉在失水的环境下渐渐浮于混凝土表面，在外界有扰动时表面的粉尘会轻易的脱离形成起尘的现象。

浮于混凝土实体表面的石灰石粉还会在后期回弹检测时产生负面的影响。结构松散或者说未能与混凝土实体充分融为一体的粉尘会大大降低回弹强度，因为回弹仪测得的是混凝土表面的硬度与实体强度还是有一定差异。而且石灰石粉对碳化深度也是有影响的。

3　小结

总的来说，混凝土产业要走可持续发展的道路。可持续发展的目标是使社会经济同资源、环境实现良性循环，是社会和自然关系的变革，是以保护资源和环境为前提的。质量良好的石灰石粉应用于混凝土中不仅可以节约水泥熟料用量，而且可以降低混凝土水化热，极大地改善混凝土的性能，提高混凝土建设工程的质量，具有显著的技术经济效应。国外早已在混凝土工程中大量采用，我国水利工程中也使用较多，但在建筑工程领域的应用鲜见。所以石灰石粉将来在建筑行业应该得到更多的推广和应用。

[1] 周金钟，郑广军，刘勇彰．石灰石粉在普通混凝土中的应用研究[J]．建筑节能，2009(06):31-34．

[2] 李健．石灰石粉对混凝土工作性能和强度的影响[J]．建筑技术开发，2009(07):37-39．

[3] 宋少民，刘娟红，徐国强．石灰石粉在混凝土中应用的综述与研究[J]．混凝土世界，2009(12):38-43．

[4] 陈卓利．石粉对混凝土性能影响的试验研究[J]．广西城镇建设，2007(7):65-68．

［通讯地址］山东省济南市市中区经六小纬六路76号（250000）

Effects of lime stone powder in mechanism sand on the performanc of concrete

Wang Yufa1, Sun Wenbin2, Wang Xiuqing1, Liu Yingzhao1, Meng Yubing1
(1. Shandong Jianze Concrete Co., Ltd., Jinan250000;2. Qingdao Armed Detachment of the Armed Police, Qingdao266000)

Produced in the process of production of artificial sand and gravel lime stone powder although not yet large-scale as doped synthetic materials used in concrete production, in order to save resources, do not occupy more stack space, the use and promotion of lime stone powder is powder is necessary. In this paper researched on the influence of concrete with different dosage of limestone powder in concrete performance.

lime stone powder; activity index; concrete; mechanism sand

王毓发（1983—），男，工程师，从事预拌混凝土生产和试验研究。