石灰石粉混凝土的国内外研究现状

张聪

摘 要：石灰石粉作为一种矿物掺合料，掺入混凝土中能够有效的提高混凝土的强度，降低混凝土内部温度，改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土的耐久性，抑制碱-骨料反应，矿物掺合料复合使用的“超叠效应”。因此，应用在工程中具有一定的可行性和前瞻性。

关键词：石灰石粉混凝土；国外内研究现状

随着经济的发展，混凝土材料被大量使用。混凝土中的细骨料大多是由江河里的细砂组成。江河中的细砂已很难满足社会需求。另外，我国现在提倡可持续发展，保护环境为先，在很多地方已经控制人们从江河里挖掘细砂。因此河砂的价格随着河砂渐渐难以得到在不停地上升。为了针对这一情况，越来越多的人们开始利用来源较广、价格相对较低的破碎的石灰石来替代河砂作为建筑材料。然而破碎石灰石生产时，产生了大量的石灰石粉。生产粗骨料时也会产生许多石灰石粉。而这两种方式生产的石灰石粉会带来环境污染和占用场地。有些地方由于场地限制，石灰石粉被堆积在摊涂海边，甚至还会被倾倒入海。这样的结果不但会淤积航道，还会污染海洋环境。并且还有一部分石灰石粉混杂在机制砂中，对混凝土的影响也不可预测。如何利用好生产石灰石集料后的副产品石灰石粉，减少对环境的污染成了一个新的课题。

将石灰石粉用作混凝土掺合料应用在工程中，国外已经有较长的时间。德国的石灰石硅酸盐水泥中的石灰石粉含量是6%-20%。法国的石灰石硅酸盐水泥的品种标准为CPJ45R和CPJ55R，且石灰石粉作为掺合料，可以单掺或复掺在混凝土里。单掺时能够达到5%-20%。在欧洲标准ENVl97-1992中，复合普通硅酸盐水泥的石灰石粉取代率为6%-10%和21%-35%。我国现行GBl75-2007《通用硅酸盐水泥》允许在硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥中掺加一定量的石灰石。建材行业标准JC600-2002《石灰石硅酸盐水泥》中规定的石灰石粉掺量为10%-25%。

在日本20世纪五六十年代已将石灰石粉开始广泛应用于高层建筑和各水利及桥梁工程中。在日本桥梁中，较早且当时在世界上最长的明石海峡吊桥跨度由跨度为960+1990+960m的三跨组成。它的主体结构桥墩、缆索锚固结构体所用的混凝土配合比中。单位体积混凝土中，石灰石粉的用量为140kg，水泥的用量为280kg，取代水泥率为30%，粗骨料和细骨料用量各为1100 kg和600 kg。在法国的西瓦克斯核电站II号反应堆工程中，单位体积混凝土中的各掺料配合比为：石灰石粉110 kg、水泥用量286kg、粉煤灰用量40kg，水胶比0.42。混凝土工作性能：混凝土龄期 28d抗压强度为66Mpa，绝热温升最高为32℃，混凝土流动在170～230㎜之间，满足和易性要求，其它指标也均满足工程要求。将石灰石粉取代部分砂作为细骨料，在我国黄丹、汾河二库、江垭、普定、白石、黄丹、岩滩等大型水利水电工程中，均满足了工程要求和良好的经济效果。石灰石粉的掺入混凝土中不仅提高了混凝土的和易性，而且也大幅度地提高了混凝土的强度和耐久性能。

由于混凝土细骨料中经常含有较小粒径的微粒，在国内外许多工程建设中，都会把骨料中微粒洗掉以免影响混凝土抗压强度。但经试验表明，微细的石灰石粉存在于细骨料中可以增强碾压混凝土的流动性和保水性。在降低混凝土工程造价的同时，还可以对碾压混凝土的性能有一定程度的改善。洪锦祥等人研究了在水泥用量不变时，石灰石粉取代部分细骨料配置混凝土。试验结果发现：适量的石灰石粉含量能降低碾压混凝土的水灰比，提高混凝土的粘结性、保水性。在降低混凝土的孔隙率时，提高了碾压混凝土的密实性、抗氯离子渗透和抗冻性。同时也提高了碾压混凝土的整体性和抗震动，抵抗地震及碰撞能力提高。蔡胜华等人研究发现：当石灰石粉取代细骨料含量不大于24%时，随其含量增加时，混凝土的强度提高，抗冻性和抵抗氯离子性能增强；将石灰石粉掺入混凝土中能减少混凝土收缩变形、提高混凝土抗碳化和钢筋抗锈蚀能力。李鸿芳研究发现：在混凝土中外掺石灰石粉，可以增大混凝土的和易性，降低混凝土的坍落度经时损失。在石灰石粉掺量不大于15%时，可以使混凝土的含气量降低，且不影响混凝土的初凝及终凝時。石灰石粉在合理掺量的情况下，可以能够提高混凝土的早期强度，应用于抢修工程中。雷昌聚等人研究发现：在混凝土中骨料及胶凝材料用量不变时，石灰石粉在适宜掺量范围内时，在混凝土强度基本不变的情况下，混凝土坍落度损失减小。随石灰石粉掺量和细度增大时，可以显著提高混凝土各龄期强度和促进水泥水化。宋少平等人研究了石灰石粉取代水泥30%时，发现胶砂和混凝土在流动性一定时，随石灰石粉颗粒越细，水灰比越大。且在混凝土抗压强度一定时，混凝土塌落度损失减小。石灰石粉颗粒较粗时，在水灰比一定时，混凝土和易性满足要求。在水化龄期时间及减水剂用量一定时，混凝土中掺入石灰石粉，混凝土坍落度介于Ⅲ级粉煤灰与Ⅱ级粉煤灰掺料之间。相比粉煤灰，石灰石粉作掺合料的混凝土早期强度增强，提高水泥水化速率。

马烨红等人研究了部分水泥量被石灰石粉取代后混凝土的工作性能。在混凝土中掺加适量的石灰石粉，可以使混凝土的泌水率降低，且坍落度损失也随之降低。曹鹏飞等人研究了自密实混凝土中掺石灰石粉。石灰石粉取代水泥5%～15%时能明显提高混凝土的早期强度、保水性和黏聚性。随石灰石粉掺量增大时可以提高混凝土的塌落度，但降低了混凝土后期强度，满足不了工程要求。在石灰石粉和粉煤灰掺量相同取代水泥时，石灰石粉混凝土其抗冻性能小于粉煤灰混凝土，但混凝土水化热明显低于粉煤灰混凝土。马烨红的试验中石灰石粉取代了30%的水泥，混凝土28天龄期时比基准混凝土下降了30%，且混凝土黏聚性和保水性特差。这一掺量已经远远不能满足混凝土的工作性能。

也有一些学者研究了石灰石粉复合其它矿物掺合料对混凝土性能的影响。陈剑雄研究了石灰石粉取代粉煤灰掺量为0～25%时发现：随石灰石粉掺量增加时，粉煤灰和石灰石粉复掺对碾压混凝土的抗剪强度影响不大。并且混凝土的耐久性能、其它力学性能均能保证。周云虎等人研究了石灰石粉复合钛矿渣粉以及石灰石粉复合锂矿渣粉的混凝土。对于石灰石粉复合钛矿渣粉时，在石灰石粉掺量为10%，钛矿渣粉掺量为0～20%时，混凝土的力学性能和耐久性能均高于不掺其它任何掺料的高性能混凝土。在力学性能和耐久性能不降低情况下，石灰石粉取代水泥率最高能达到30%。锂渣粉和石灰石粉复合时，石灰石粉掺量在10～20%时，而锂渣粉掺量为15%时，混凝土的施工性能提高。但降低了混凝土早期强度，养护龄期28天时，强度能达到基准混凝土。石灰石粉掺量30%时，锂渣掺量10%，高性能自密实混凝土依然满足要求。以上研究对于现在国家提倡大量利用矿物掺合料和降低水泥用量，满足低能减排要求有重要意义。

参考文献

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[4] 丁琳.硅粉混凝土配合比优化的研究[D].东北林业大学博士论文，2007

[5] 崔洪涛.超磨细性能的研究[D].重庆大学硕士学位论文，2001

（作者单位：陆军勤务学院）