石灰石粉對(duì)混凝土的性能影響分析

肖紫薇

摘 要：在高中物理的學(xué)習(xí)中，我們接觸到了石灰石粉和石灰石粉混凝土，對(duì)其極為感興趣，特在校圖書館查閱了大量文獻(xiàn)資料，對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)總結(jié)。石灰石粉是石灰石在生產(chǎn)碎石和機(jī)制砂過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)粉，在混凝土的應(yīng)用中，具有活性效應(yīng)、加速水化效應(yīng)、減水效應(yīng)、顆粒形貌效應(yīng)等特點(diǎn)，值得我們進(jìn)一步學(xué)習(xí)和研究。

關(guān)鍵詞：石灰石粉；混凝土；活性；水化；減水；形態(tài)

石灰石粉是石灰石在生產(chǎn)碎石和機(jī)制砂過(guò)程中產(chǎn)生的細(xì)粉，粒徑為0.1-20um，比表面積為500～25000cm2/g，主要成分為氧化鎂1.02%、三氧化二鐵0.58%、三氧化二鋁0.43%、碳酸鈣90%、二氧化硅1.33%，其余量為6%。石灰石粉作為礦物摻合料因其粒徑較小，摻入混凝土中可以填充水化產(chǎn)物的孔隙，使得混凝土的孔隙率降低，混凝土孔結(jié)構(gòu)得以改進(jìn)。由于它的分布比較廣，價(jià)格便宜，用于混凝土中可以提高混凝土的各項(xiàng)性能，已被廣泛地應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各大工程中。將石灰石粉摻入混凝土中具有良好的特性，主要是因?yàn)槭沂垲w粒較小和比表面積大，可以優(yōu)化水泥顆粒的級(jí)配，填充水泥顆粒之間的間隙。首先能夠起到潤(rùn)滑骨料間粘結(jié)的作用，還又能夠降低水泥顆粒之間的間隙水，顆粒間的間隔水層也隨之變厚。從而，能夠增強(qiáng)新拌混凝土間的流動(dòng)性。石灰石粉摻合料對(duì)混凝土作用歸納起來(lái)主要有加速水化效應(yīng)、活性效應(yīng)和顆粒形貌效應(yīng)。

1 石灰石粉的活性效應(yīng)

在混凝土中加入石灰石粉，石灰石粉作用主要體現(xiàn)在以下方面：一是石灰石粉中的CaCO3與水泥熟料C3A的反應(yīng)；二是石灰石粉中的CaCO3與水泥初次水化反應(yīng)生成的CH的反應(yīng)。國(guó)外學(xué)者研究了C3A熟料中分別摻0%、10%、20%和35%石灰石粉的混凝土。在混凝土齡期為28天后，不摻石灰石粉水化產(chǎn)物的XRD衍射圖譜發(fā)現(xiàn)：C3A熟料水化后，主要產(chǎn)物是Ca3A12O6·CaSO4·13H2O和3CaO·A12O3·Ca（OH）2·18H2O。添加石灰石粉之后，混凝土中的水化產(chǎn)物就產(chǎn)生了明顯的變化。另一方面，隨著石灰石粉添加量增大，3CaO·A12O3·Ca（OH）2·18H2O和Ca3A12O6·CaSO4-13H2O的衍射峰逐漸減弱。試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明添加石灰石粉不利于硫鋁酸鹽生成，而有利于碳鋁酸鹽生成。這主要是因?yàn)樘间X酸鹽與硫鋁酸鹽相比起來(lái)更加穩(wěn)定。此外通過(guò)相關(guān)學(xué)者的觀察，發(fā)現(xiàn)混凝土的碳鋁酸鹽水化產(chǎn)物能夠跟其它的水化產(chǎn)物相搭接。進(jìn)而降低了混凝土的孔隙率，導(dǎo)致水泥石的結(jié)構(gòu)的密實(shí)性更好，因此增強(qiáng)了水泥石的強(qiáng)度以及耐久性。

2 加速水化效應(yīng)

國(guó)外試驗(yàn)表明，混凝土中摻入較少的碳酸鹽能延遲C3S水化。當(dāng)碳酸鹽的用量增大時(shí)，C3S的水化速率顯著提升。這主要是因?yàn)槟z凝材料中CO32-離子（含量相對(duì)低）可以跟Ca2+離子（由C3S水化產(chǎn)生）形成無(wú)定型CO32-薄膜層。此薄膜層可覆蓋在C3S的單礦上，使C3S單礦表面薄膜層變的相對(duì)較厚，阻止C3S不能與大量水分子充分接觸，影響C3S不能很好的水化。當(dāng)膠凝材料中碳酸鹽含量相對(duì)增大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致材料中Ca2+離子相對(duì)不足，而碳酸鹽離子相對(duì)過(guò)高。與此同時(shí)，還會(huì)導(dǎo)致液相中的可溶性HCO3-離子沖破覆蓋薄膜從而導(dǎo)致水化加速。混凝土試驗(yàn)中的石灰石粉的摻量（不小于10%）通常較高，這樣會(huì)引起混凝土的水化效應(yīng)增快，此試驗(yàn)已經(jīng)被驗(yàn)證。

3 石灰石粉的減水效應(yīng)

混凝土拌合物中除了水泥水化需要的水外，含有較多多余的水，這是造成混凝土許多問(wèn)題的重要根源。在混凝土中存在較多拌合水主要原因是：首先，混凝土中各摻料顆粒粒徑分布、顆粒堆積效應(yīng)及空隙是影響混凝土拌合物需水量和工作性的主要因素。通常，混凝土骨料、水泥及礦物摻合料粒徑分布不可能處于最佳狀態(tài)。為了達(dá)到施工及混凝土工作性能的要求，且混凝土技術(shù)一定的條件下，必須提高水灰比。其次，由于硅酸鹽水泥粒表面的電極吸附的作用，水泥漿容易形成絮凝結(jié)構(gòu)。為了使混凝土的和易性滿足要求，在混凝土需要的水要比水泥水化所需的水多的多。在砂漿和混凝土中，石灰石粉取代部分水泥后，在和易性一定的條件下，可以減小水灰比。理由是：第一，在帶負(fù)電的水泥顆粒表面可以吸附石灰石粉，抑制水泥漿體絮凝結(jié)構(gòu)的形成，可以將水泥顆粒有效分散，釋放出大量的自由水。這意味著可以用較少的水量達(dá)到相同的和易性。第二，由于石灰石粉摻合料顆粒粒徑較小和表面光滑。在混凝土強(qiáng)度不變時(shí)，有利于減小混凝土拌合物中顆粒表面的內(nèi)摩擦力，從而提高混凝土的流動(dòng)性。第三，固體系統(tǒng)的顆粒堆積效應(yīng)可以在滿足和易性的前提下降低水泥用量。需要注意的是，硅酸鹽水泥和石灰石粉顆粒大多處于1-45um之間，能有效填充骨料間的空隙。通常情況下，由于石灰石粉粒徑較小，石灰石粉比硅酸鹽水泥能更有效地填充砂漿和混凝土的間隙。

4 石灰石粉的顆粒形貌效應(yīng)

填充效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)是石灰石粉顆粒形貌效應(yīng)的大致分類。在混凝土中摻入石灰石粉，水泥顆粒之間分散著表面光滑的石灰石粉顆粒，使水泥顆粒間距增大，促使水泥顆粒的解絮并與水接觸面積增大，提高了水泥的水化反應(yīng)。同時(shí)，如果石灰石粉使用的量過(guò)多，那樣水泥的用量將減少，這樣在水化熱的過(guò)程中熱量也將降低，同時(shí)，由于石灰石粉的加入，不但改善了混凝土的工作性能，而且也降低了坍落度損失。另有試驗(yàn)證明：水泥用量一定時(shí)，隨著單位體積石灰石粉含量的增加，需要加入的水的用量卻沒(méi)有明顯的增加，混凝土的反應(yīng)速度也沒(méi)有明顯的降低，而且混凝土的坍落度變化也不明顯。由于超細(xì)石灰石粉顆粒的粒徑小于水泥顆粒的粒徑，使得膠凝材料的顆粒級(jí)配得以改善，隨著水化產(chǎn)物填充在骨料空隙中，界面結(jié)構(gòu)孔隙率降低，從而提高了混凝土強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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