单掺石灰石粉混凝土配合比试验配制实践

李晓钢

摘  要：粉煤灰作为混凝土掺合料较为常见，粉煤灰、石灰石粉双掺混凝土也有不少水电项目上成功使用的案例，单掺石灰石粉作为掺合料使用较少，该文介绍了单掺石灰石粉混凝土配合比试验参数选取及主要配制过程，选取10%、20%、30%这3种掺量进行了试验，围绕混凝土及拌合物进行试验并对使用效果进行了初步反馈，可给石灰石粉混凝土使用提供参考。

关键词：单掺石灰石粉  配合比  配制  初步应用

中图分类号：TG457.11                     文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）04（a）-0096-05

Mix Proportion Test of Concrete with Limestone Powder

LI Xiaogang

（China Water Conservancy and Hydropower Construction Engineering Consulting Northwest Co.，Ltd.， Xi'an， Shaanxi Province， 710100  China）

Abstract： Fly ash is more common as concrete admixture. There are many successful cases of fly ash and limestone powder mixed concrete in hydropower projects. Limestone powder mixed alone is less used as admixture. This paper introduces the parameter selection and main preparation process of concrete mix proportion test with limestone powder mixed alone， and tests with 10%， 20% and 30% admixture， Around the concrete and mixture test， and the use of the effect of the preliminary feedback， can provide a reference for the use of limestone powder concrete.

Key Words： Single limestone powder; Mix proportion; Preparation; Preliminary application

1  单掺掺加石灰石粉混凝土配合比背景

老挝南俄4水电站建设工程自2018年1月开工，累计浇筑混凝土浇筑约10万m3，混凝土掺合料为粉煤灰10%～30%，碾压混凝土达到50%～55%。随着工程进展，粉煤灰需求量增加，经评估混凝土高峰期粉煤灰供应将影响工程进度。规划料场有储量丰富的优质石灰石，具备自产磨细石灰石粉条件。采取石灰石粉替代粉煤灰配制单掺石灰石粉混凝土配合比。

2  石灰石粉混凝土配合比开展情况

我国在一些水电工程中采用石粉作为掺合料替代部分水泥，得到成功应用。例如：龙滩电站用石粉替代25%的粉煤灰，对提高混凝土耐久性，改善拌合物性能效果非常明显。在其他行业有用石灰石粉作为掺合料完全替代石粉案例，水电大体积混凝土应用较少，南俄4电站已成功应用。

3  石灰石粉混凝土配合比试验

3.1 设计配合比

该文选择使用最多的二级配，C20、C25、C30常态和泵送配合比进行试验。

3.2 水泥试验

水泥采用老挝水泥厂生产的LCC牌P.I52.5水泥。

檢测结果表明：所检参数符合《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）标准中P.I 52.5的要求（见表1）。

3.3 石灰石粉试验

以新鲜石灰石轧制的小石为原料，TGM超压梯形磨粉机-130型，生产的磨细石灰石粉，满足《水工混凝土掺用石灰石粉技术规范 》DL/T 5304-2013要求。不同掺量石灰石粉水泥胶砂试验。

从微观角度看，水泥浆由水泥及掺合料（石灰石粉）等凝胶微料和水两部分组成。在凝胶微料中，固体颗粒的粒径范围包括小于1～75μm，和宏观观察到的骨料颗粒填充效应一样，由较小粒径颗粒产生的连续、系列填隙作用，同样能有效减少凝胶微料中空隙的体积，增加填充密度[1]。范德科等研究者[2]的试验研究结果显示，混凝土强度随着龄期的增长而增大，石灰石粉掺量为9%～12%时混凝土抗压强度增幅最大，找出了发挥石灰石粉的凝胶和充填作用时的最佳掺量。

检测结果表明：石灰石粉随掺量的增加需水量比、抗压强度、抗折强度相应减小的特性。

3.4 原材料试验

外加剂为HLPCA聚羧酸高效减水剂，砂石骨料为自产人工石灰石骨料。外加剂掺量1%，减水率25.4%，检测指标符合《水工混凝土外加剂技术规程》 （DL/T 5100-2014）要求。砂料细度模数F.M=2.86，石粉含量15%～17%，其他指标合格;粗骨料各指标正常。经外加剂试验最优掺量1.1%，拌合物性能最佳。

3.5 拌合物试验

石灰石粉单掺与粉煤灰和石灰石粉双掺有明显区别，大量研究成果已证明粉煤灰具有显著活性，能够改善拌合物和硬化混凝土性能。磨细石灰石粉虽具有一定活性，南俄4石灰石粉更多表现出惰性填充、包裹、润滑作用更为突出一些。重点研究混凝土拌合物性能调整到最佳状态，确保拌合物具有良好的工作性为主要方向，使混凝土能够达到最终设计指标为目的。坍落度是判断拌合物性能最直接的试验指标，根据坍落度、扩散度、含气量、泌水、离析等判断拌合物性能，作为调整参数依据。掺入适当的石灰石粉可以提高混凝土的工作性能，使混凝土的坍落度增大，但随着石灰石粉掺量的一直增加混凝土坍落度的增长速度在减慢[3]。掺加石灰石粉的混凝土拌合物，在10%、20%、30%不同掺量时，通过坍落度反映的棍度、黏聚性、含砂情况、析水情况，以及扩散度指标进行调整。

混凝土拌合物明显的规律性，石灰石粉从10%逐级达到40%的时候，拌合物的黏聚性越来越好;保水性好，掺量20%以上时泌水量为0;掺量≤30%流动性无明显变化;掺量越大坍落度损失越大，以掺量20%为例，60 min内拌合物工作性良好，超过60 min明显变差。

4  石灰石粉混凝土配合比参数的确定

不同级配、不同掺量、不同类型配合比通过大量的试拌及调整，室内试验达到最佳状态，经对大量试验数据分析，混凝土强度及其他性能也存在一定规律性。分别对抗压、劈拉强度，抗渗、抗冻指标，极限和静压弹模见表6。

石灰石粉混凝土从掺量10%逐级到30%的试验数据反映出的规律和特点，具体如下。

（1）Diab等研究者[4]发现了掺入0%、5%、10%石灰石粉混凝土抗压强度大大提高，掺入石灰石粉量达到一定比例抗压强度不再增强，10%以上发挥了石粉填充作用。由表6可知，石灰石粉可由0%～30%的掺配比例分别替代粉煤灰作为掺合料使用，工作性和抗压强度等指标均达到设计预期，也验证了其抗压强度先增加，后逐渐降低的论点[5-6]。7d、28d抗压强度，增长较快;90d强度明显减缓，劈拉强度规律性不明显。

（2）抗渗指标，石灰石粉混凝土表现出良好的抗渗性，石灰石粉掺量增加抗渗试件渗水高度略有增加。

（3）抗冻指标，当地常年最低月份和年平均气温8.5 ℃、19.6 ℃，设计F50不掺引气剂动弹模量、质量损失经50次冻融循环合格。

5  石灰石粉混凝土推荐配合比

根据原材料、拌合物、混凝土等试验数据综合分析，经验证后推荐配合比见表10。

6  石灰石粉混凝土配合比初步应用

配合比最初在安装间浇筑，连续出现2～5 cm层裂缝，采取严控水灰比、增加抹面次数、及时覆盖、流水养护等措施抑制了裂缝的发生。

7  结语

各项试验成果显示，单掺石灰石粉混凝土配合比，各项指标符合设计及规范要求。石灰石粉完全取代粉煤灰，掺量10%～ 30%配制C30以下混凝土，拌合物性和易性得到较大改善;混凝土抗压强度、劈拉强度、抗渗、抗冻指标都有明显提高。

参考文献

[1] 沈乾洲.石灰石粉作為掺合料在混凝土中的应用[J].重庆建筑，2021（4）：32-35.

[2] 范德科，马强，周宗辉，等.石粉对机制砂混凝土性能的影响[J].硅酸盐通报，2016，35（3）：913-917.

[3] 白力改，莫宗云，刘益良.石灰石粉改性混凝土性能影响的试验研究[J].北华航天工业学院学报，2020，30（2）：26-27，56.

[4] Diab AM，Elmoaty AEMA，Aly AA. Long term study of mechanical properties，durability and environmental impact of limestone cement concrete[J].Alexandria Engineering Journal，2016，55（2）：1465-1482.

[5] 纵伟，侯亚光，蒋伟.节段梁混凝土稳定性控制研究[C]//江苏省综合交通运输学会公路分会.2019年泛长三角公路发展论坛论文集.江苏省综合交通运输学会公路分会：江苏省公路学会，2019：6.

[6] 余成行，洪敬福，刘敬宇.混凝土拌合物流变特性对超高泵送性能的影响[J].混凝土与水泥制品，2018（3）：1-6.