石灰石粉配制高強混凝土性能初探

胡 泊 石 齊 蔣雄偉

(江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001)

1 前言

隨著中國建筑行業的快速發展，高強混凝土以其抗壓強度高、抗變形能力強、密實性能好、孔隙率低的優越性，在高層建筑結構、大跨度橋梁結構以及某些特種結構中得到廣泛的應用，而隨著國家城市化進度的加快，高強混凝土越來越多的出現在民用建筑領域，現階段隨著混凝土行業水平的提高，發展高強混凝土勢在必行。

而在高強混凝土的配制中，由高強混凝土配合比設計所需求的低水膠比而帶來的流速慢，拌合物粘度大等嚴重影響施工性能的問題，在實際應用中，通常是通過選擇粒型飽滿級配優良的粗骨料，摻入適量硅灰，或調整外加劑的引氣量來改善。而蔡基偉［1］認為:石灰石粉在混凝土中有顯著的降黏效果。石灰石粉作為石灰巖破碎的伴生料，獲取容易，易磨性高，且成本低廉。本文嘗試在C60 高強混凝土配合設計中引入磨細石灰石粉替代一定量的摻合料，并與基準混凝土進行物性能與力學性能的對比分析。

2 原材料選擇與試驗方法

2.1 原材料選擇

(1)水泥

江西省萬年青生產的P.O 52.5 普通硅酸鹽水泥，密度3.02 g/cm3，比表面積384m2/kg，抗壓強度三天29.1MPa，28 天58.3 MPa。

(2)骨料

細集料采用贛江天然砂，細度模數2.6，Ⅱ區中砂，表觀密度2610 kg/m3，堆積密度1520 kg/m3，含泥量0.2%，泥塊含量0.1%;粗集料采用高安產反擊破碎石，5 -25mm 連續級配，針片狀含量3.0%，壓碎值5.7%，表觀密度2710 kg/m3，堆積密度1560 kg/m3，含泥量0.2%。

(3)摻合料

主要為粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉，其中粉煤灰為來自九江電廠的Ⅱ級粉煤灰，細度12.1%，需水量比為98%，燒失量3.15%;礦渣粉采用高安南方建材有限公司生產的S95 級礦粉，密度2.90 g/cm3，比表面積420 m3/kg，28 天活性指數102%，流動度比103%，燒失量1.13%;石灰石粉為行星式球磨機自磨小樣，碳酸鈣含量87%，比表面積535m2/kg，7 天活性指數72%，28 天活性指數68%。

(4)外加劑

減水劑采用江西省迪特科技有限公司生產的聚羧酸高性能減水劑，固含量20%，摻量為膠凝材料總量的0.9%時減水率為27%。

2.2 試驗方法

根據JGJ 55 設計出C60 基準配合比A1;將石灰石粉等量替代粉煤灰，控制拌合用水量，使對比配合比A2 拌合物坍落度與基準配合比A1 基本一致，得出對比配合比A2，并檢測其拌合物性能與力學性能，配合比用量見表1。

表1 配合比用量

2.3 試驗依據

混凝土配合比設計依據標準《JGJ 55 -2011 普通混凝土配合比設計規程》;混凝土拌合物工作性依據《GBT 50080 -2002 普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和《JGJ/T 283 -2012 自密實混凝土應用技術規程》;混凝土力學性能依據《GB/T 50081 一2002普通混凝土力學性能試驗方法標準》。

3 結果與分析

3.1 混凝土工作性能分析

混凝土拌合物性能試驗結果見表2。

表2 混凝土工作性能

由表2 可知，基準配合比A1 與對比配合比A2的拌合物均不離析、泌水，但A1 拌合物過于黏稠，擴展度雖然達到590* 585mm，但流速過慢，擴展時間(T500)達到28s，倒坍落度桶排空時間達到33s，從應用性來說，這是一個失敗的配合比，流速過慢，較低的水膠比導致的黏稠漿體非常不利于泵送施工;A2配合比由于摻入了磨細石灰石粉替代了粉煤灰，石灰石粉的填充效應降低了拌合物的需水量，由A1 的161kg/m3降低至A2 的150 kg/m3，此時A2 與基準配合比的坍落度基本一致，但流動性有所提高，漿體黏稠的問題得到了極大改善，擴展時間(T500)只需要7s，倒坍落度桶排空時間只需要10s。這與宋少民等人［2］試驗結果是相吻合的。

石灰石粉的顆粒表面較光滑，對水及外加劑的吸附性很小，等量替代水泥時，有一定的減水作用，從實驗結果對比可知，A2 配合比相對于基準配合比減少了11kg 的單方用水量，因為表面光滑的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒周圍，起到分散的作用，促使水泥顆粒的解絮，且顆粒呈球狀，表面光滑，在水泥顆粒間亦可以發揮“滾珠”作用，增加混凝土拌合物的流動性，達到“降黏”的效果。

3.2 力學性能分析

混凝土抗壓強度試驗結果見表3。

表3 抗壓強度

由表3 可知，對比配合比A2 的7 天、28 天抗壓強度均略高于基準配合比A1。研究表明:一般來說顆粒越大，為獲得足夠流動性所需的水膜厚度越大;顆粒分布越窄，在RRSB 坐標曲線上的均勻系數n 值越大所需水膜厚度也就越大。因此，優化混凝土中膠凝材料的整體顆粒分布，實現最佳堆積密度可以有效減少顆粒之間的三角空隙，降低所需的水膜厚度，以達到降低用水量，增加漿體流動性，提高混凝土密實度和強度的目的。

在摻加了磨細石灰石粉的混凝土中，比表面積大于水泥和礦粉的磨細石灰石粉恰好能填充水泥與礦粉混合物中間的空隙，優化了整體的顆粒分布，石灰石粉的引入對力學性能的貢獻有四點:一是填充作用，由于磨細石灰石粉細度遠小于水泥、礦粉，水化反應后水化產物均勻的分布將漿體中的大量開放孔洞分隔為較多的非連續性的封閉孔，使得漿體孔隙逐漸細化，漿體結構逐漸密實［3］;二是水化晶核作用，從C3S 分解出的游離Ca2+在遇到小的固體顆粒時，沿著固體表面生成新的水化產物，降低了成核能，加速了水泥水化，從而提高強度;三是通過減少集料邊緣區的空隙含量，降低所需的水膜厚度帶來的減水效果使得石灰石粉混凝土達到同樣的流動性能的需水量更少，從而降低水膠比，以提高強度。

4 結語

磨細石灰石粉材料來源廣泛充沛、工藝簡單，易磨性佳，特別是應用于高強混凝土中可以有效的解決當前高強混凝土應用中黏性過大，難以施工的問題，用于配制高強度大流態混凝土，有著巨大的應用空間和市場前景。

［1］蔡基偉.石粉對機制砂混凝土性能的影響及機理研究［D］.武漢.武漢理工大學，2006∶20 -23.

［2］宋少民，楊柳，徐國強.不同比例石灰石粉與膠凝材料對混凝土工作性及強度的影響［J］.土木工程學報，2010，43［S1］:368-372.

［3］M.Bederina，M.M.KHenfer，R.M.Dheilly，et al，Reuse of local sand:effect of limestone filler proportion on the theological and mechanical properties of different sand concretes［J］.Cem.Concr.Res，2005，35(6):1172 -1179.