改性石灰石粉在商砼站中的可持续应用研究

许德兴

(江西省建筑材料工业科学研究设计院,江西 南昌 330001)

1 引言

混凝土材料作为最重要的传统建筑材料之一,具有原材料易于采取、生产成本低、适用性强、施工简单、性能良好等特点,这些特点让混凝土材料在中国的现阶段成为了土木工程最主要的建筑材料[1]。与传统混凝土的四大组分(水泥、砂、石、水)不同,现代混凝土中矿物掺合料已经成为混凝土中的第五或第六组分,成为不可或缺的一部分[2],但是随着我国基础建设的高速发展,传统的矿物掺合料已经日渐无法满足需求,江西的市面上已经出现了大量假的粉煤灰和假的矿粉,因此寻找便于就地取材、优质廉价的的矿物掺合料势在必行[3]。而石灰石粉是一种容易得到且廉价的材料,作为掺合料使用替代日益紧缺的粉煤灰和价格相对昂贵的矿粉对于解决原材料紧缺,混凝土质量的稳定控制,降低工程造价,减少废气排放,减轻环境负担等问题具有重大的现实意义,是当今可持续发展大环境下的重要研究对象。

国内外将石灰石粉用做水泥混合材的时间较长[4],许多现有成果表明[5,6,7],将一定细度的石灰石粉加入混凝土中,可以促进水泥水化,在一定掺量范围内可以提高早期强度、改善新拌混凝土的流变性。在一定掺量范围内,石灰石粉完全可以在混凝土中进行应用,德国、法国、美国早在十几年前就已经有了相应的标准规范,中国将石灰石粉应用于混凝土也出台了相应的国家标准GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》和行业标准JGJ/T 318-2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》。但是,在实际商砼站中推广石灰石粉的应用还是有相当大的困难,施工单位对这个新鲜事物不认可,各个地区配置混凝土选用的原材料性能相差很大,石灰石粉混凝土对材料性能变化的反应又非常敏感,所以在石灰石粉的应用推广过程中很难有一个统一的“规范”,所以想要推广石灰石粉的应用,需要有专业的相关人员进行因地制宜的适配调试。

基于这种情况,本文研究了添加自主研制的改性剂的石灰石粉作为矿物掺合料替代材料对混凝土拌合物性能和力学性能的影响,希望通过一系列的对比实验探究石灰石粉在江西范围内的适用情况,以期对石灰石粉在江西商砼站中的应用起一些推动作用。

2 试验方法

本研究选用的石灰石粉的具体参数为：碳酸钙含量：85%,细度(45μm筛余)：7.6%,比表面积：478m2/kg,7天活性指数：73%,28天活性指数：71%,流动度比：116%,含水量：0%,亚甲蓝值：0.5。并添加了一定量由我们自主发研制的改性剂进行改性处理。本研究在江西省范围内,选择一些有代表性的商砼站和我们合作,实验用的其他材料均选择各地商砼站的实际用料,实验用的基准配比为各地商砼站的实际生产配比,研究配比为石灰石粉等量替代粉煤灰的配比。

3 混凝土拌合物性能和力学性能实验结果分析

以下表一为各混凝土生产企业实验室真实试拌混凝土数据,由于考虑各企业间技术保密等问题,本文未提供具体企业名称,只提供实测数据供参考。

表1 江西省地方商砼站用改性石灰石粉等量替代粉煤灰其混凝土拌合物性能和力学性能对比表

基准混凝土和石灰石粉等量替代粉煤灰混凝土的拌合物的坍落度对比如图一,拌合物的扩展度对比如图二。

由图一和图二可以看出,在本研究范围内,石灰石粉可以改善混凝土的拌合物性能,使混凝土的泵送性能得到有效的提高。这是因为本改性石灰石粉具有优异的减水增塑效果,可明显改善混凝土工作性能,对于中低强度等级混凝土,达到同样坍落度时单位体积用水量可以明显减少；对于C50及以上高强混凝土,改性石灰石粉的加入使高强混凝土的黏度有显著降低,从而使拌合物性能有所改善；另一方面改性石灰石粉也可以改善外加剂的相容性,其机理为：水泥熟料中的C3A会吸附大量外加剂,使游离的外加剂含量减少,降低外加剂对水泥颗粒的分散作用,而改性石灰石粉的主要化学成份为CaCO3,其与C3A反应,生成更稳定的单碳型AFm转化,降低了C3A对减水剂的吸附量,从而可使浆体溶液中减水剂的有效组分保持一段时间。

基准混凝土和石粉等量替代粉煤灰混凝土的力学性能的对比如图三。

由图三可以看出,在本研究范围内,改性石灰石粉等量替代粉煤灰的混凝土的抗压强度可以基本和基准混凝土持平,活略高于基准混凝土。这是因为其一改性石灰石粉在胶材水化体系中充当微晶核,可明显提高混凝土早期强度(7天强度),后期强度(28天以上)亦有明显的增长；其二改性石灰石粉可有效填充水泥颗粒间孔隙,改善粉体级配,宏观上表现为明显降低混凝土单方用水量,提高混凝土密实度,提高混凝土强度。

4 结论

通过研究,在江西范围内,使用我们自主研发的改性石灰石粉等量替代粉煤灰进行对比实验,得出以下结论：

(1)改性石灰石粉可以改善混凝土拌合物性能；

(2)改性石灰石粉等量替代粉煤灰,可以使混凝土抗压强度和基准混凝土的抗压强度基本持平或略高于基准混凝土的抗压强度；

(3)改性石灰石粉与传统混凝土掺合料比较,其优势在于产品性能完全可控,且质量稳定,易于实际生产控制,储量丰富,在建材行业大力推广可持续发展的大环境下,适合在江西省内推广使用。

[1]张一北.中国混凝土行业的现状及发展趋势浅析[J].混凝土,2006,9∶69-71,74.

[2]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社,1999∶14-19.

[3]刘数华,阎培渝.石粉作为碾压混凝土掺合料的利用和研究综述[J].水力发电,2007(1)：69-71.

[4]涂成厚.石灰石粉的应用[J].国外建材科技,1999,20(40)：19-22

[5]陈剑雄,李鸿芳,陈寒斌,等.掺超细石灰石粉和钛矿渣粉超高强混凝土研究[J].建筑材料学报,2005,8(6)：672-676．

[6]田建平,周明凯,蔡基伟.高强机制砂混凝土中石粉与粉煤灰的复合效应[J].武汉理工大学学报,2006,28(3)：55-58．

[7]蔡基伟,李北星,周明凯,等.石粉对中低强度机制砂混凝土性能的影响[J].武汉理工大学学报,2006,28(4)：16-19.