磨細石灰石粉與磷礦粉復合對混凝土性能的影響

武斌，趙勁松，宋軍超，羅鑫

（深圳港創建材股份有限公司，廣東 深圳 518052）

磨細石灰石粉與磷礦粉復合對混凝土性能的影響

武斌，趙勁松，宋軍超，羅鑫

（深圳港創建材股份有限公司，廣東 深圳 518052）

本文研究由磨細石灰石粉和磷礦粉按不同比例組成的復合摻合料的活性指數及對不同強度等級的混凝土的抗壓強度的影響，結果表明：復合摻合料的最佳比例為磷礦粉∶磨細石灰石粉＝4:6，且該最佳組合復合摻合料取代粉煤灰時的最佳摻量為 50%。

磨細石灰石粉；磷礦粉；活性指數；抗壓強度

0 前言

隨著混凝土技術的發展，礦物摻合料已成為混凝土中不可或缺的組分，其形貌效應、火山灰效應及微集料效應不僅可改善混凝土的工作性能，還可降低混凝土的早期水化熱，提高混凝土的后期強度即耐久性能[1]。目前國內應用較多的礦物摻合料主要為粉煤灰、礦渣粉、硅灰、偏高嶺土、煅燒煤矸石粉、鋼渣微粉、鐵尾礦細粉等[2]。近年來隨著人們環保意識的增強、國家政策的轉變以及工程建設規模不斷擴大，部分地區逐漸面臨了粉煤灰和礦粉的緊缺問題，不良商家在利益的驅動下，向粉煤灰和礦粉中摻入大量的不明來源工業廢渣，導致粉煤灰和礦粉的質量波動大[3]。這迫使部分地區必須盡快找到一種容易獲取、且質優價廉的新型礦物摻合料來取代傳統的礦物摻合料。

石灰石在我國有豐富的儲量，許多研究表明，當石灰石粉粉磨至足夠細且摻量適當時，磨細石粉通過分散效應和微晶核效應等，使混凝土具有增塑、保塑和減水作用，促進水泥水化，但會縮短混凝土的凝結時間[4]。磷渣粉的主要化學組成是 SiO2和 CaO，還含有少量的 MgO、Al2O3、Fe2O3等，因此，磷渣粉也屬于具有火山灰活性的材料，且活性較高，但磷渣粉中的磷、氟等有害雜質含量高引起的混凝土早期強度低及凝結時間長問題，使其摻量受到一定的限制。住建部已于 2016年4月1日起實施 JG/T 486—2015《混凝土用復合摻合料》，因此將磨細石灰石粉和磷礦粉復合組成復合摻合料取代傳統常用摻合料，是礦物摻合料發展的趨勢之一，也是解決目前局部地區資源供給困難、提升礦物摻合料利用水平的有效措施[5]。

1 原材料與試驗方法

1.1 試驗原材料

（1）水泥：廣西貴港臺泥 P·O42.5 水泥，具體物理性能指標見表1。

表1 水泥物理性能指標

（2）粉煤灰：深圳媽灣電廠 Ⅱ 級粉煤灰，細度22.6%，需水量比 98%，燒失量 1.4%，活性指數 72%。

（3）磷礦粉：貴州白馬地區所產磷礦粉，比表面積450kg/m3， 28d 活性指數 85%，流動度比 84%。

（4）磨細石灰石粉：貴陽龍里地區石灰石粉，比表面積500kg/m3，28d 活性指數 64%，流動度比 94%。

（5）砂子：東莞中砂，細度模數 2.6，含泥量 1.3%。

（6）石子：深圳蛇口 5～25mm 碎石，含泥量 0.5%，針片狀含量 5.3%。

（7）減水劑：安徽中鐵四威聚羧酸系高性能減水劑，減水率 25.6%。

2 試驗結果及分析

2.1 磨細石灰石粉與磷礦粉組成比例對復合摻合料活性指數的影響

以比表面積分別為 450kg/m3的磷礦粉和 500kg/m3的磨細石灰石粉組成復合摻合料，分別按磷礦粉∶磨細石灰石粉為90:10、80:20、70:30、60:40、50:50、40:60、30:70、20:80、10:90 的比例并依次編名為 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8 和 F9 復合摻合料，活性試驗結果見圖 1。

圖 1 不同復合摻合料的活性指數

從圖 1 中可看出復合摻合料的活性指數總體呈隨著復合摻合料中磨細石灰石粉比例增大而降低的趨勢，這主要是因為磷礦粉的活性指數比石灰石粉活性指數高。從圖中還可看出，復合摻合料比例從 F6 到 F7 時，復合摻合料的活性指數下降幅度最為劇烈，且低于了普通Ⅱ級粉煤灰的活性指數。這可能是因為當磷礦粉在復合摻合料中所占的比例小于 40%后，由較粗的磷礦粉和較細的石灰石粉組成的復合膠凝體系的顆粒粒度分布不良，減弱了復合摻合料在水泥顆粒間的超疊加效應，因而使復合摻合料的活性指數大幅下降。因此從復合摻合料成本和性能上綜合考慮，后續試驗選定復合摻合料最佳比例為磷礦粉∶石灰石粉為 4:6，即 F6。

2.2 復合摻合料摻量對不同強度等級混凝土性能的影響

復合摻合料摻量對不同強度等級混凝土工作性能和力學性能的影響見表2。

表2 試驗結果

從表2 中可以看出，由磷礦粉∶石灰石粉為 4:6（即F6）組成復合摻合料取代粉煤灰時，復合摻合料的取代量對不同等級混凝土的初始工作性能影響不大；對于以 C30 為代表的中等強度混凝土而言，當取代量超過 30% 時，還會降低混凝土的經時損失，而對于以 C50 為代表的高強度混凝土而言，取代量的變化對經時損失無影響。這表明從工作性能角度，用復合摻合料代替粉煤灰是完全可行的。

由磷礦粉∶石灰石粉為 4:6（即 F6）組成的復合摻合料取代粉煤灰時，復合摻合料摻量在 50% 以內對 C30 和 C50 混凝土 7d和 28d 抗壓強度影響都較小，摻量超過 50% 以后，C30 和C50 混凝土的 7d 和 28d 抗壓強度都會降幅較大，且C50 降幅大于 C30。這表明雖然復合摻合料的活性指數與普通Ⅱ級粉煤灰相當，但當復合摻合料摻量超過 50% 以后，由水泥、粉煤灰及復合摻合料組成的膠凝體系顆粒級配逐漸變差，當復合摻合料取代粉煤灰量為 100% 時，膠凝體系僅為水泥和更細的復合摻合料，這種顆粒級配組成更為不合理，因此抗壓強度最差。

3 結論

（1）復合摻合料的活性指數總體隨著復合摻合料中磨細石灰石粉比例增大而降低，從復合摻合料成本和性能上綜合考慮，復合摻合料最佳比例為磷礦粉∶石灰石粉為 4:6。

（2）由磷礦粉∶石灰石粉為 4:6 組成的復合摻合料取代粉煤灰時，最佳摻量為 50%。

[1] 陳益民，賀行洋，李永鑫，等．礦物摻合料研究進展及存在的問題[J]．材料導報，2006，20(08): 28-31．

[2] 馬悅．常用礦物摻合料對水泥基材料的性能影響研究[D].合肥：安徽建筑大學，2015．

[3] 趙世冉，孟剛，劉超．采用磨細石灰石粉生產混凝土的試驗研究[J]．商品混凝土，2015(12): 53-55．

[4] 肖斐，崔洪濤，陳劍雄等．超磨細石灰石粉高強混凝土的研究[J]．硅酸鹽通報，2010，29(06): 1304-1307．

[5] 特別策劃：混凝土摻合料的復合方法探討[J]．商品混凝土，2016(02): 1-7．

［通訊地址］深圳港創建材股份有限公司發展研究中心（518052）

Effect of the mixture of fine limestone powder and phosphate rock powder on concrete performance

Wu Bin, Zhao Jinsong, Song Junchao, Luo Xin
(Shenzhen Gangchuang Building Material Limited Company, Guangdong Shenzhen 518052)

This research mixed fine limestone powder and phosphate rock powder with different ratio, then studied on its activity index, and the effect of mixture on concrete compression strength. The results showed that, the optimum proportion of phosphate rock powder and fine limestone powder is 4:6, and under this proportion, the optimun dosage of the mixture instead of fly-ash is 50%.

fine limestone powder; phosphate rock powder; activity index; compression strength

武斌（1989—），男，湖南懷化人，侗族，碩士，主要從事建筑材料研究。