白云岩石粉在混凝土中的应用研究

孙丽丽，戚勇军，毕志刚

（1.唐山冀东混凝土有限公司，河北　唐山064099；2.丹阳市和达混凝土搅拌有限公司，江苏　丹阳　212300；3.唐山冀东水泥股份有限公司，河北　唐山　063000）

白云岩石粉在混凝土中的应用研究

孙丽丽1，戚勇军2，毕志刚3

（1.唐山冀东混凝土有限公司，河北唐山064099；2.丹阳市和达混凝土搅拌有限公司，江苏丹阳212300；3.唐山冀东水泥股份有限公司，河北唐山063000）

通过对白云岩石粉在混凝土的使用情况的来看，利用白云岩石粉替代掺合料的混凝土，完全满足混凝土的生产质量需要，同时可以节约能耗，给企业带来良好的经济效益。

石粉；掺合料；和易性

0　前言

混凝土中的掺合料通常有粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、硅粉、沸石粉等，最常用的就是粉煤灰和粒化高炉矿渣微粉。随着环境气候的变化，现在很多火电都限产了，导致部分地方的粉煤灰的数量急剧减少，即使有，质量也得不到保证。因此，需要寻找一种可以替代粉煤灰的产品就迫在眉睫了。

在国外，对石灰石粉在水泥混凝土中的研究、开发和利用比较早。1979年法国就制定了新的水泥标准，规定了石灰石粉可以作为水泥混合材使用，已有品种标准 CPJ45R和 CPJ55R，可单掺亦可复掺使用。美国 ACI212.1R-81《Admixtures for Concrete and Guide for Use of Admixtures in Concrete》中指出，石灰石粉可以作为混凝土的矿物掺合料。从1996年4月到1998年3月，日本混凝土研究院（JCI）指定石灰石粉应用技术委员会整理制定石灰石粉的质量标准及其应用于混凝土中的方法指南。现在日本石灰石粉已广泛应用于高流动性混凝土和高性能喷射混凝土领域。

近年来，我国也对使用白云岩石粉生产混凝土进行了相关的研究，如南京水利科学研究院在“白云岩石粉在复合胶凝体系内的水化特性研究”中重点研究了白云岩石粉存在下的硅酸盐水泥水化行为及白云岩石粉对其强度的影响；“白云岩石粉—水泥胶凝体系水化特性研究（I）——水化产物的XRD 分析”中使用 XRD 重点分析了白云岩石粉存在下水泥水化产物的变化及其活性。但两者均以大坝混凝土和水工混凝土为研究对象，对于白云岩石粉在普通泵送混凝土方面性能研究及应用的指导作用不大。

笔者通过了解，由于本地众多的采石场，在骨料制备过程中产生了大量的石粉，通过筛选可以将其中稍粗的作为机制砂使用，而收尘下来的石粉如果可以作为掺合料用来生产混凝土，不仅可以缓解本地粉煤灰供应紧张的局面，而且还能降低混凝土生产成本。为此，笔者通过对混凝土的新拌合物的性能、力学性能以及耐久性能等一系列的研究分析，从而来验证该项目的可行性。

1　原材料

石粉：采用涞水京涞建材有限责任公司生产的白云岩矿山，利用45μm 方孔筛进行筛分，并按照比例配制成45μm 筛余分别为15%、25%、35%、45% 和55% 的石粉，其性能检测结果如表1。

表1　京涞白云岩骨料收尘石粉化学组成及物理性能

从表1中可以看出：虽然石粉的细度不同，但是其 MB值均一致，即收尘石粉的质地纯净均匀，不含粘土类矿物杂质；活性指数整体来看较好，远大于石灰石粉标准要求的60%，纵向对比随着细度的增大，活性有所降低；流动度比均大于100%，随细度增大而增大。说明该白云岩收尘石粉均可作为混凝土的掺合料来使用。

水泥：采用冀东水泥丰润公司生产的 P·O42.5R，其性能指标如表2。

表2　水泥的物理性能

石：采用5～25mm 连续级配碎石；砂：细度模数为2.4的中砂。

矿粉：唐山唐龙产的 S95级粒化高炉矿渣微粉，比表面积420m2/kg。

粉煤灰：Ⅱ级优质粉煤灰，细度45μm 筛余21%，需水量比103%，产地为陡河电厂。

外加剂：冀东水泥外加剂公司生产的聚羧酸系泵送剂，减水率25%。

2　同强度等级混凝土试配过程及结果

使用不同细度石粉，针对建筑工程上用量最大的 C30强度等级的混凝土试配，混凝土配合比见表3。

表3　试配混凝土的配合比　　　　　　　　　kg/m3

针对5种不同细度的石粉，分别掺入40公斤和80公斤，保证胶凝材料不变的情况下减少同质量粉煤灰，加上空白对比样共进行11组混凝土试验，结果如表4。

表4中，将不同细度收尘石粉配制的混凝土，从出机性能和强度两方面比较发现，只有细度达到55% 时，性能有所下降，和易性上出现泌水现象，混凝土强度也随之有所降低，掺入量为40kg/m3时，28d 强度降低10%，掺入量为80kg/m3时，28d 强度降低16%。因此，可以暂定石粉的性能指标为细度（45μm 筛余）≤45%，活性指标：7d≥60%；28d≥60%，MB 值0.5%。

表4　混凝土的性能

3　不同强度等级混凝土试验过程和结果

通过利用石粉的性能指标来对建筑工程中常用的几种混凝土强度等级分别进行试验，在保证混凝土配合比总胶凝材料、用水量、外加剂用量、砂率等不变的情况下，使用石粉来替代粉煤灰，检验石粉对混凝土的性能的影响。试验所用其他材料同前面的检验结果，收尘石粉的质量指标如表5所示。

表5　京涞白云岩收尘石粉的质量指标

收尘石粉的80μm 筛下部分的粒度分布如图1所示。

图1　收尘粉粒度分布图

试验配合比如表6。

表6　混凝土试配配合比　　　　　　　　　　kg/m3

不同强度等级、收尘石粉掺量不同对混凝土工作性能的影响以及对力学性能的影响结果见表7以及图2～6。

表7　收尘石粉对混凝土工作性、力学性能的影响

图　2　C20强度分布图

图3　C30强度分布图

图4　C40强度分布图

图5　C50强度分布图

图6　C60强度分布图

从以上图表来看，在外加剂和用水量保持不变的情况下，不同石粉掺量时，混凝土的出机坍落度和扩展度以及1h经时损失等与基准样对比，变化均很小。从强度增长来看，不管是何龄期的强度，在粉煤灰和石粉等量掺加时，强度发展与基准基本一致，大于 C40强度时，强度发展还略高于基准；同时各个掺量的混凝土也与基准相差无几，均能满足设计要求。

4　收尘石粉对混凝土耐久性的影响

通过对 C30、C60两种强度混凝土（配合比分别采用前面的基准和第4组两种）进行了抗渗性能、抗冻性能、碳化性能的试验，结果如表8。

从表8试验结果来看，在不添加任何膨胀剂和引气剂的条件下，掺加了石粉的也能达到 P12的抗渗等级；抗冻性能上，C30满足200次冻融循环的要求；C60满足250次冻融循环的要求，同时掺加了石粉的混凝土的相对弹性模量下降的较基准的要小，说明抗冻性能要优于基准。

表8　混凝土耐久性能结果

5　结论

（1）白云岩收尘石粉可以作为混凝土矿物掺合料进行使用。

（2）作为掺合料使用时不影响混凝土的出机和经时损失，对混凝土强度没有影响。

（3）掺加石粉后的混凝土，抗渗性能能满足工程使用要求，混凝土的干缩和抗碳化性能得以改善加强，提高混凝土的抗冻性能。

（4）收尘石粉的成本要远远低于粉煤灰的成本，不仅可以缓解部分地区粉煤灰供应不足的情况，还能大大降低混凝土的材料成本，既提高了混凝土公司的利润，也提高了骨料生产企业的利润，同时还减少了废料排放，达到了节能减排降耗的效果。

[1] GB/T30190－2013．石灰石分混凝土[S]．

[2] GB/T51003－2014．矿物掺合料应用技术规程[S]．

[3] JGJ/T318－2014．石灰石粉在混凝土中的应用技术规程[S]．

[4] 白云岩骨料收尘石粉作为掺合料生产混凝土技术研究技术报告[Z]． 唐山冀东混凝土有限公司，2013,7．

［单位地址］河北省唐山市丰润区林荫路冀东水泥股份有限公司（064099）

孙丽丽，女，工程师，唐山冀东混凝土有限公司。