石灰石粉作為混凝土礦物摻合料對混凝土性能及耐久性的影響

喬云武

（華新混凝土技術中心，湖北　武漢　430080）

石灰石粉作為混凝土礦物摻合料對混凝土性能及耐久性的影響

喬云武

（華新混凝土技術中心，湖北武漢430080）

石灰石破碎過程中會產生大量石粉，造成環境污染和資源浪費.如果能合理有效地利用這些石粉，不僅可以節約資源，還能改善環境，從而取得良好的經濟效益和社會效益。如果能將其稍作加工，作為輔助膠凝材料使用，替代日益緊缺的礦粉和粉煤灰，對于解決實際工程的原材料緊缺問題、降低工程造價和環保等將具有重大的現實意義，將有效的推動混凝土的可持續發展，是綠色建材的重要方向之一。

石灰石粉；混凝土；摻合料

0　前言

石灰石粉以 CaCO3為主要成分，是將石灰石經機械磨細產生的粉末狀材料。石灰石粉作為混凝土礦物摻合料雖然有大量的研究，但在我國的實際工程中并沒有得到大規模的應用，其主要原因是人們對石灰石礦物摻合料對混凝土性能影響規律的認識不夠，沒有真正掌握石灰石礦物摻合料在混凝土中的應用技術，且不同研究者所得研究結果也不盡相同[1]。其相關標準（《石灰石粉在混凝土中應用技術規程》）還在征求意見當中。

1　試驗原材料及試驗方法

1.1原材料

水泥：華新 P?O42.5 水泥，相關性能指標見表 1。

表1　水泥性能指標

礦粉：武鋼華新礦粉，相關性能指標見表 2。

表2　礦粉性能指標

粉煤灰：青源電廠粉煤灰，相關性能指標見表 3。

表3　粉煤灰性能指標

砂：洞庭湖河砂，相關性能指標見表 4。

表4　河砂性能指標

石：陽新骨料廠碎石，相關性能指標見表 5。

表5　碎石性能指標

石灰石粉：相關性能指標見表 6。

表6　石灰石粉性能指標

1.2試驗方法

按照 GB/T 50080－2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法》，GB/T 50082－2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行試驗。

2　試驗結果與分析

2.1石灰石粉對混凝土工作性能及強度的影響

為了驗證使用石灰石粉替代混凝土中各組分膠凝材料后對混凝土的影響，我們采用普通 C30 配合比，使用石灰石粉替代不同比率的水泥、礦粉、粉煤灰來觀察混凝土各項性能的變化。

石灰石粉取代水泥后，對混凝土的凝結時間幾乎沒有影響，但混凝土的含氣量有所下降，這是因為石灰石粉顆粒更小，部分取代水泥后填充效應更明顯，因而導致含氣量下降。混凝土外加劑摻量逐步降低，

這是因為石灰石粉表面致密光滑，且流動度比大，需水量低，因而外加劑摻量下降[2]。當石灰石粉取代水泥率超過10% 時，強度下降較為明顯。從下面兩張圖中我們可以明顯的看到石灰石粉取代部分水泥后對混凝土外加劑摻量及強度影響的規律。

圖1　石灰石粉取代水泥率對混凝土工作性能的影響

圖2　石灰石粉取代水泥率與混凝土強度關系圖

為了更進一步研究石灰石粉作為礦物摻合料對混凝土的影響，我們分別采用石灰石粉取代粉煤灰和礦粉（粉煤灰取代率 0～100%，礦粉取代率 0%～60%），試驗結果見圖 3、4。

圖3　石灰石粉取代粉煤灰

圖4　石灰石粉取代礦粉

從圖 3 和圖 4 的數據可以看出，隨著取代率增加，外加劑摻量逐步下降，坍落度損失變化不大，這兩點均與取代水泥相同。

2.2石灰石粉對混凝土收縮性能的影響

為進一步探究摻入石灰石粉后，對混凝土耐久性方面的影響，我們采用大冶的石灰石粉使用表 7 中的配比 1、2、3，使用非接觸式混凝土收縮變形測定儀對混凝土 1～60d 收縮值進行實時監測，試驗所得數據如下。

圖5　石灰石粉取代水泥率與混凝土收縮率關系圖

從圖 5 試驗數據可以明顯的看出，摻入石灰石粉后，混凝土的抗收縮能力明顯增強，且摻入石灰石粉的量越大，其抗收縮能力越強，呈正相關趨勢。

上述現象的形成原因可以歸結為：①石灰石粉中的CaCO3和水泥中的 C3A 形成了膨脹性的產物水化碳鋁酸鈣；②石灰石粉表面光滑，消耗水量低，在低水膠比的情況下相當于增加了水/水泥的比例，因此能夠改善由于自干燥作用而產生的自收縮效應，并且這種作用隨著石灰石粉摻量的增加而增加[3]。

3　結論

（1）開發利用石灰石粉有巨大的經濟價值和社會價值，試驗證明其做為混凝土摻合料是可行的。（2）用石灰石粉替代部分現有混凝土中的膠凝材料，對混凝土的凝結時間影響不大，并能在降低外加劑摻量的情況下，保證混凝土的各項工作性能。（3）試驗證明當石灰石粉活性達到 70% 以上時，可部分取代水泥，最佳取代量為 10% 左右，并可等量取代粉煤灰和部分取代礦粉（本試驗為 60% 以下）。（4）石灰石粉的摻入可改善混凝土的早期抗裂性能，并提高混凝土的抗收縮性能。

由于石灰石粉相關標準暫未發布實施，相關標準仍在審議當中，本試驗可作為其前期應用的驗證。試驗證明石灰石粉的 3d 活性與 28d 活性相差不大，實際生產中可先測得其 3d活性后再使用，當活性小于 60% 時，應放棄使用，以免對混凝土強度造成較大影響。而當活性在 60%～70% 之間時，應適當提高膠凝材料用量，以避免強度產生較大波動。

[1] 李化建； 趙國堂； 謝永江，等．石灰石粉作為混凝土礦物摻合料的研究．鐵道建筑，2012(4)：141-144．

[2] 熊遠柱，萬慧文．石灰石粉對混凝土性能的影響。混凝土，2010(9)：96-98．

[3] 馬燁紅，吳笑梅，樊粵明，等．石灰石粉作摻合料對混凝土工作性能的影響．混凝土，2007(6)：61-64．

［通訊地址］湖北省武漢市沌口路 華新混凝土技術中心（430080）

喬云武，工程師。