石灰石粉对混凝土的性能影响分析

肖紫薇

摘 要：在高中物理的学习中，我们接触到了石灰石粉和石灰石粉混凝土，对其极为感兴趣，特在校图书馆查阅了大量文献资料，对此进行了相关总结。石灰石粉是石灰石在生产碎石和机制砂过程中产生的细粉，在混凝土的应用中，具有活性效应、加速水化效应、减水效应、颗粒形貌效应等特点，值得我们进一步学习和研究。

关键词：石灰石粉；混凝土；活性；水化；减水；形态

石灰石粉是石灰石在生产碎石和机制砂过程中产生的细粉，粒径为0.1-20um，比表面积为500～25000cm2/g，主要成分为氧化镁1.02%、三氧化二铁0.58%、三氧化二铝0.43%、碳酸钙90%、二氧化硅1.33%，其余量为6%。石灰石粉作为矿物掺合料因其粒径较小，掺入混凝土中可以填充水化产物的孔隙，使得混凝土的孔隙率降低，混凝土孔结构得以改进。由于它的分布比较广，价格便宜，用于混凝土中可以提高混凝土的各项性能，已被广泛地应用于国内外各大工程中。将石灰石粉掺入混凝土中具有良好的特性，主要是因为石灰石粉颗粒较小和比表面积大，可以优化水泥颗粒的级配，填充水泥颗粒之间的间隙。首先能够起到润滑骨料间粘结的作用，还又能够降低水泥颗粒之间的间隙水，颗粒间的间隔水层也随之变厚。从而，能够增强新拌混凝土间的流动性。石灰石粉掺合料对混凝土作用归纳起来主要有加速水化效应、活性效应和颗粒形貌效应。

1 石灰石粉的活性效应

在混凝土中加入石灰石粉，石灰石粉作用主要體现在以下方面：一是石灰石粉中的CaCO3与水泥熟料C3A的反应；二是石灰石粉中的CaCO3与水泥初次水化反应生成的CH的反应。国外学者研究了C3A熟料中分别掺0%、10%、20%和35%石灰石粉的混凝土。在混凝土龄期为28天后，不掺石灰石粉水化产物的XRD衍射图谱发现：C3A熟料水化后，主要产物是Ca3A12O6·CaSO4·13H2O和3CaO·A12O3·Ca（OH）2·18H2O。添加石灰石粉之后，混凝土中的水化产物就产生了明显的变化。另一方面，随着石灰石粉添加量增大，3CaO·A12O3·Ca（OH）2·18H2O和Ca3A12O6·CaSO4-13H2O的衍射峰逐渐减弱。试验结果说明添加石灰石粉不利于硫铝酸盐生成，而有利于碳铝酸盐生成。这主要是因为碳铝酸盐与硫铝酸盐相比起来更加稳定。此外通过相关学者的观察，发现混凝土的碳铝酸盐水化产物能够跟其它的水化产物相搭接。进而降低了混凝土的孔隙率，导致水泥石的结构的密实性更好，因此增强了水泥石的强度以及耐久性。

2 加速水化效应

国外试验表明，混凝土中掺入较少的碳酸盐能延迟C3S水化。当碳酸盐的用量增大时，C3S的水化速率显著提升。这主要是因为胶凝材料中CO32-离子（含量相对低）可以跟Ca2+离子（由C3S水化产生）形成无定型CO32-薄膜层。此薄膜层可覆盖在C3S的单矿上，使C3S单矿表面薄膜层变的相对较厚，阻止C3S不能与大量水分子充分接触，影响C3S不能很好的水化。当胶凝材料中碳酸盐含量相对增大时，会导致材料中Ca2+离子相对不足，而碳酸盐离子相对过高。与此同时，还会导致液相中的可溶性HCO3-离子冲破覆盖薄膜从而导致水化加速。混凝土试验中的石灰石粉的掺量（不小于10%）通常较高，这样会引起混凝土的水化效应增快，此试验已经被验证。

3 石灰石粉的减水效应

混凝土拌合物中除了水泥水化需要的水外，含有较多多余的水，这是造成混凝土许多问题的重要根源。在混凝土中存在较多拌合水主要原因是：首先，混凝土中各掺料颗粒粒径分布、颗粒堆积效应及空隙是影响混凝土拌合物需水量和工作性的主要因素。通常，混凝土骨料、水泥及矿物掺合料粒径分布不可能处于最佳状态。为了达到施工及混凝土工作性能的要求，且混凝土技术一定的条件下，必须提高水灰比。其次，由于硅酸盐水泥粒表面的电极吸附的作用，水泥浆容易形成絮凝结构。为了使混凝土的和易性满足要求，在混凝土需要的水要比水泥水化所需的水多的多。在砂浆和混凝土中，石灰石粉取代部分水泥后，在和易性一定的条件下，可以减小水灰比。理由是：第一，在带负电的水泥颗粒表面可以吸附石灰石粉，抑制水泥浆体絮凝结构的形成，可以将水泥颗粒有效分散，释放出大量的自由水。这意味着可以用较少的水量达到相同的和易性。第二，由于石灰石粉掺合料颗粒粒径较小和表面光滑。在混凝土强度不变时，有利于减小混凝土拌合物中颗粒表面的内摩擦力，从而提高混凝土的流动性。第三，固体系统的颗粒堆积效应可以在满足和易性的前提下降低水泥用量。需要注意的是，硅酸盐水泥和石灰石粉颗粒大多处于1-45um之间，能有效填充骨料间的空隙。通常情况下，由于石灰石粉粒径较小，石灰石粉比硅酸盐水泥能更有效地填充砂浆和混凝土的间隙。

4 石灰石粉的颗粒形貌效应

填充效应和形态效应是石灰石粉颗粒形貌效应的大致分类。在混凝土中掺入石灰石粉，水泥颗粒之间分散着表面光滑的石灰石粉颗粒，使水泥颗粒间距增大，促使水泥颗粒的解絮并与水接触面积增大，提高了水泥的水化反应。同时，如果石灰石粉使用的量过多，那样水泥的用量将减少，这样在水化热的过程中热量也将降低，同时，由于石灰石粉的加入，不但改善了混凝土的工作性能，而且也降低了坍落度损失。另有试验证明：水泥用量一定时，随着单位体积石灰石粉含量的增加，需要加入的水的用量却没有明显的增加，混凝土的反应速度也没有明显的降低，而且混凝土的坍落度变化也不明显。由于超细石灰石粉颗粒的粒径小于水泥颗粒的粒径，使得胶凝材料的颗粒级配得以改善，随着水化产物填充在骨料空隙中，界面结构孔隙率降低，从而提高了混凝土强度。

参考文献

[1] 李悦，丁庆军，胡曙光.石灰石矿粉在水泥混凝土中的应用[J].武汉理工大学学报，2007（03）.

[2] 袁航.石灰石粉对混凝土性能的影响[D].武汉：中南大学，2009.