水泥石灰石粉膠凝體系相關性能研究

梁麗敏 李章建 王模弼 李世華 田 帥

(云南建工集團有限公司，云南 昆明 650501)

水泥石灰石粉膠凝體系相關性能研究

梁麗敏 李章建 王模弼 李世華 田 帥

(云南建工集團有限公司，云南 昆明 650501)

采用石灰石粉等質(zhì)量替代水泥的方法，通過試驗研究，探討了石灰石粉對水泥石灰石粉膠凝體系相關性能的影響，得到了一些有價值的結論，對石灰石粉與水泥膠凝體系性能的進一步研究有重要意義。

石粉，膠砂強度，凝結時間，適應性

0 引言

碎石場在生產(chǎn)混凝土用粗、細集料時，不可避免會產(chǎn)生大量的石灰石粉，如果將其丟棄，不僅浪費資源，而且會增加大氣污染、土壤污染。事實上，在預拌混凝土行業(yè)中，除了常用的礦粉、粉煤灰等礦物摻合料外，許多國家早就把石灰石粉作為摻合料使用[1-5]，并且國內(nèi)一些專家學者對石灰石粉與水泥膠凝體系進行了一系列的研究。

肖佳通過分析研究水泥—石灰石粉漿體的水化特性及孔結構，發(fā)現(xiàn)石灰石粉可促進水泥的早期水化，水泥漿體孔結構主要為無害孔，但隨著水化齡期的增加，阻礙了其后期水化，水化后期水泥漿體孔結構逐漸轉變?yōu)樯俸缀陀泻祝串a(chǎn)生了孔粗化效應[6]；郭育霞研究了不同質(zhì)量分數(shù)的石粉對混凝土力學性能和耐久性能的影響，結果表明：混凝土中外摻15%～20%的石粉時，混凝土的力學性能及耐久性能最佳[7]；饒美娟利用TONI差分量熱儀研究了石粉對水泥水化機理和過程的影響，證明石灰石粉對水泥早期水化有促進作用[8]；劉數(shù)華通過內(nèi)摻石灰石粉的方法研究了石灰石粉對水泥砂漿孔結構的影響，結果表明：砂漿的孔結構具有分形特征，摻加石灰石粉后，砂漿孔隙分形維數(shù)增大，孔隙結構更為復雜，細孔更多[9]。

目前，國內(nèi)大多數(shù)學者對石灰石粉作為摻合料使用的研究主要集中在石灰石粉對水泥基材料水化機理、水化過程及對水泥基材料孔結構的影響上，而在石粉對水泥基材料流變性、與減水劑適應性、凝結時間等方面影響的基礎研究很少，本文通過內(nèi)摻石灰石粉的方法，對這方面性能進行了全面的研究。

1 原材料與實驗方法

1.1 原材料

水泥：云南開遠水泥有限公司P.O42.5級，具體性能指標見表1。

表1 水泥性能指標

石粉：5 mm～16 mm碎石粉磨40 min并過80 μm篩得到的石粉，石粉表面性能測試結果見表2，采用比表面積及孔隙度測定儀(NOVA-2200E)進行測定，石粉的化學成分采用WISDOM-8000型X射線熒光分析儀進行測定，測定結果見表3。

表2 石粉表面性能測試結果

表3 石粉化學成分 %

減水劑：上海三瑞高分子材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑(PC)，固含量為15.8%，飽和摻量減水率為25.1%。

1.2 試驗方法

1)膠砂強度試驗。用石粉取代10%，15%，20%，25%，30%的水泥質(zhì)量，采用GB/T 17671水泥膠砂強度檢驗方法標準實驗方法。

2)石粉對水泥石粉膠凝體系標準稠度用水量及凝結時間的影響。用石粉取代10%，15%，20%，25%，30%的水泥質(zhì)量，實驗按照GB/T 1346水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法進行。

3)聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應性。用石粉取代10%，15%，20%，25%，30%的水泥質(zhì)量，實驗按照JC/T 1083水泥與減水劑相容性試驗方法進行。

2 試驗結果及分析

2.1 石粉對水泥石粉膠砂強度的影響

水泥石粉膠凝體系7 d，28 d抗壓強度及抗折強度試驗結果如圖1所示。

隨著水泥石粉膠凝體系中石粉取代水泥比例的增加，水泥石粉7 d，28 d膠砂抗壓強度及抗折強度均呈不同程度下降，當石粉取代水泥的比例增加到30%時，水泥石粉膠砂抗壓強度僅為對照樣的57%左右，水泥石粉7 d，28 d膠砂抗折強度為對照樣的74%左右，石粉對水泥石粉膠凝體系膠砂抗壓強度的影響程度要遠大于抗折強度。

由于隨著石粉取代水泥比例的增加，水泥用量就逐漸減少，造成水化產(chǎn)物不斷減少，因此水泥石粉膠凝體系膠砂抗壓強度及抗折強度逐漸下降。

一般認為，抗折強度的主要影響因素是水泥水化產(chǎn)物與集料界面的粘結強度，隨著石粉取代水泥比例的增加，勢必會降低石粉膠凝體系抗折強度，但是從實驗結果可以看出，抗折強度下降比例遠小于抗壓強度下降幅度，這是因為隨著石粉取代水泥量的增加，超細石粉的吸水效應使得水泥石粉膠凝體系保水性增強，在一定程度上改善了水泥水化產(chǎn)物與集料界面性能，從而使得水泥石粉膠凝體系抗折強度下降幅度要小于抗壓強度下降幅度。

2.2 石粉對水泥石粉膠凝體系標準稠度用水量及凝結時間的影響

不同石粉摻量對水泥石粉漿體體系標準稠度用水量及凝結時間影響的實驗結果見表4。

如表4所示，達到標準稠度純水泥用水量最高，隨著石粉替代量的增加，水泥石粉漿體體系標準稠度用水量逐漸減少；另外，隨著石粉摻量的增加，水泥石粉體系初凝時間和終凝時間都大幅縮短，30%石粉摻量的水泥石粉體系初凝時間較純水泥縮短了72 min，縮短幅度達到36.2%，終凝時間縮短了96 min，縮短幅度達到34.4%。

隨著石粉替代量的增加，水泥石粉漿體體系標準稠度用水量逐漸減少，主要是由于石灰石粉的粒徑較小，加入到水泥后改善了粉體的顆粒級配，表面致密的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散劑的作用，使得包裹在水泥水化產(chǎn)物中的水釋放出來，因此石灰石粉的摻加減少了填充水的數(shù)量，但引起表層吸附水的增加不足以彌補填充水減少的數(shù)量，在兩方面綜合作用下，減少了標準稠度需水量。

水泥石粉體系凝結時間縮短，主要是因為隨著石灰石粉摻量的增加，拌合物用水量的減小，使得漿體的水膠比減小，水膠比越小，凝結硬化速度越快，另外細小的石灰石粉顆粒在水泥水化過程中起到了晶核的作用，加速了C3S的水化反應速度，從而使得水泥石粉漿體體系初凝、終凝時間縮短。

2.3 聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應性

聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應性實驗結果如表5所示。

表5 聚羧酸減水劑與水泥石粉膠凝體系適應性

如表5所示，純水泥初始流動度最小，120 min之后只有199 mm，經(jīng)時損失率達到最大為22.3%，隨著石粉摻量的增加，水泥石粉漿體體系的流動性與石粉摻量沒有顯著的相關性，但可以看出的是，石粉按一定的比例替代水泥后，對水泥石粉漿體的流動性是有一定的改善，并且石粉的加入可以降低水泥經(jīng)時損失率。

水泥熟料中C3A，C4AF對聚羧酸減水劑有很強的吸附作用，使得加入的有效聚羧酸的量降低，因此降低了其對水泥顆粒的分散作用，石灰石粉的主要化學成分為CaCO3，通過內(nèi)摻石灰石粉取代部分水泥，可以減少水泥中C3A，C4AF等礦物的含量，也就降低了水泥熟料對聚羧酸減水劑的吸附。石灰石粉比表面積大，部分水吸附在其顆粒表面，增加了游離水和游離減水劑的數(shù)量，使水泥漿體的流動度增大，減少了流動度損失，石灰石粉的填充作用可以置換出更多的水分來潤滑漿體，增大了漿體的流動度。

3 結語

1)隨著石粉取代水泥比例的增加，水泥石粉膠凝體系膠砂抗壓強度及抗折強度均有不同程度下降。

2)石粉對水泥石粉膠凝體系抗壓強度的影響程度要大于抗折強度。

3)隨著石粉替代水泥的比例增加，水泥石粉膠凝體系達到標準稠度，用水量逐漸下降，同時水泥石粉膠凝體系初凝及終凝時間均縮短。

4)石粉對水泥石粉膠凝體系漿體流動性有一定改善，同時石粉的加入降低了水泥石粉膠凝體系經(jīng)時損失率。

[1] 馮慶革.石灰石粉—粉煤灰—礦粉多元復摻對混凝土性能的影響[J].混凝土，2014(8)：68-70.

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[3] Carrasco M F,Menéndez G,Bonavetti V,et al. Strength optimization of “tailor-made cement” with limestone filler and blast furnace slag[J].Cem & Concr Res,2005,35(7):1324-1331.

[4] 黃天勇.黏土及石灰石粉對水泥漿體性能的影響[J].混凝土，2014(7)：76-84.

[5] 鄧亮亮.超細石灰石粉摻量對中等強度等級混凝土性能的影響[J].混凝土，2014(8)：101-106.

[6] 肖 佳.石灰石粉對水泥漿體水化特性及孔結構的影響[J].中南大學學報，2010,41(6)：2313-2320.

[7] 郭育霞.石粉摻量對混凝土力學性能及耐久性的影響[J].建筑材料學報，2009,12(3)：266-271.

[8] 饒美娟.石灰石粉對水泥基材料水化動力學的影響[J].建筑材料學報，2009,12(6)：734-741.

[9] 劉數(shù)華.石灰石粉對砂漿孔結構的影響[J].建筑材料學報，2011,14(4)：532-535.

Review on performance of cement-ground limestone gelation system

Liang Limin Li Zhangjian Wang Mobi Li Shihua Tian Shuai

(YunnanConstructionEngineeringGroupCo.,Ltd,Kunming650501,China)

The paper adopts the cement-ground limestone to replace the cement, explores the influence of the limestone on related performance of the gelatinization system of cement-ground limestone, achieves some conclusions, so it is important for the further research on the limestone and cement gelatinization system.

limestone, colloidal mortar strength, setting time, adaptability

2015-06-27

梁麗敏(1977- )，女，博士，高級工程師

1009-6825(2015)25-0133-02

TU502

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