石灰石粉混凝土的國內外研究現狀

張聰

摘 要：石灰石粉作為一種礦物摻合料，摻入混凝土中能夠有效的提高混凝土的強度，降低混凝土內部溫度，改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土的耐久性，抑制堿-骨料反應，礦物摻合料復合使用的“超疊效應”。因此，應用在工程中具有一定的可行性和前瞻性。

關鍵詞：石灰石粉混凝土；國外內研究現狀

隨著經濟的發展，混凝土材料被大量使用。混凝土中的細骨料大多是由江河里的細砂組成。江河中的細砂已很難滿足社會需求。另外，我國現在提倡可持續發展，保護環境為先，在很多地方已經控制人們從江河里挖掘細砂。因此河砂的價格隨著河砂漸漸難以得到在不停地上升。為了針對這一情況，越來越多的人們開始利用來源較廣、價格相對較低的破碎的石灰石來替代河砂作為建筑材料。然而破碎石灰石生產時，產生了大量的石灰石粉。生產粗骨料時也會產生許多石灰石粉。而這兩種方式生產的石灰石粉會帶來環境污染和占用場地。有些地方由于場地限制，石灰石粉被堆積在攤涂海邊，甚至還會被傾倒入海。這樣的結果不但會淤積航道，還會污染海洋環境。并且還有一部分石灰石粉混雜在機制砂中，對混凝土的影響也不可預測。如何利用好生產石灰石集料后的副產品石灰石粉，減少對環境的污染成了一個新的課題。

將石灰石粉用作混凝土摻合料應用在工程中，國外已經有較長的時間。德國的石灰石硅酸鹽水泥中的石灰石粉含量是6%-20%。法國的石灰石硅酸鹽水泥的品種標準為CPJ45R和CPJ55R，且石灰石粉作為摻合料，可以單摻或復摻在混凝土里。單摻時能夠達到5%-20%。在歐洲標準ENVl97-1992中，復合普通硅酸鹽水泥的石灰石粉取代率為6%-10%和21%-35%。我國現行GBl75-2007《通用硅酸鹽水泥》允許在硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽水泥中摻加一定量的石灰石。建材行業標準JC600-2002《石灰石硅酸鹽水泥》中規定的石灰石粉摻量為10%-25%。

在日本20世紀五六十年代已將石灰石粉開始廣泛應用于高層建筑和各水利及橋梁工程中。在日本橋梁中，較早且當時在世界上最長的明石海峽吊橋跨度由跨度為960+1990+960m的三跨組成。它的主體結構橋墩、纜索錨固結構體所用的混凝土配合比中。單位體積混凝土中，石灰石粉的用量為140kg，水泥的用量為280kg，取代水泥率為30%，粗骨料和細骨料用量各為1100 kg和600 kg。在法國的西瓦克斯核電站II號反應堆工程中，單位體積混凝土中的各摻料配合比為：石灰石粉110 kg、水泥用量286kg、粉煤灰用量40kg，水膠比0.42。混凝土工作性能：混凝土齡期 28d抗壓強度為66Mpa，絕熱溫升最高為32℃，混凝土流動在170～230㎜之間，滿足和易性要求，其它指標也均滿足工程要求。將石灰石粉取代部分砂作為細骨料，在我國黃丹、汾河二庫、江埡、普定、白石、黃丹、巖灘等大型水利水電工程中，均滿足了工程要求和良好的經濟效果。石灰石粉的摻入混凝土中不僅提高了混凝土的和易性，而且也大幅度地提高了混凝土的強度和耐久性能。

由于混凝土細骨料中經常含有較小粒徑的微粒，在國內外許多工程建設中，都會把骨料中微粒洗掉以免影響混凝土抗壓強度。但經試驗表明，微細的石灰石粉存在于細骨料中可以增強碾壓混凝土的流動性和保水性。在降低混凝土工程造價的同時，還可以對碾壓混凝土的性能有一定程度的改善。洪錦祥等人研究了在水泥用量不變時，石灰石粉取代部分細骨料配置混凝土。試驗結果發現：適量的石灰石粉含量能降低碾壓混凝土的水灰比，提高混凝土的粘結性、保水性。在降低混凝土的孔隙率時，提高了碾壓混凝土的密實性、抗氯離子滲透和抗凍性。同時也提高了碾壓混凝土的整體性和抗震動，抵抗地震及碰撞能力提高。蔡勝華等人研究發現：當石灰石粉取代細骨料含量不大于24%時，隨其含量增加時，混凝土的強度提高，抗凍性和抵抗氯離子性能增強；將石灰石粉摻入混凝土中能減少混凝土收縮變形、提高混凝土抗碳化和鋼筋抗銹蝕能力。李鴻芳研究發現：在混凝土中外摻石灰石粉，可以增大混凝土的和易性，降低混凝土的坍落度經時損失。在石灰石粉摻量不大于15%時，可以使混凝土的含氣量降低，且不影響混凝土的初凝及終凝時。石灰石粉在合理摻量的情況下，可以能夠提高混凝土的早期強度，應用于搶修工程中。雷昌聚等人研究發現：在混凝土中骨料及膠凝材料用量不變時，石灰石粉在適宜摻量范圍內時，在混凝土強度基本不變的情況下，混凝土坍落度損失減小。隨石灰石粉摻量和細度增大時，可以顯著提高混凝土各齡期強度和促進水泥水化。宋少平等人研究了石灰石粉取代水泥30%時，發現膠砂和混凝土在流動性一定時，隨石灰石粉顆粒越細，水灰比越大。且在混凝土抗壓強度一定時，混凝土塌落度損失減小。石灰石粉顆粒較粗時，在水灰比一定時，混凝土和易性滿足要求。在水化齡期時間及減水劑用量一定時，混凝土中摻入石灰石粉，混凝土坍落度介于Ⅲ級粉煤灰與Ⅱ級粉煤灰摻料之間。相比粉煤灰，石灰石粉作摻合料的混凝土早期強度增強，提高水泥水化速率。

馬燁紅等人研究了部分水泥量被石灰石粉取代后混凝土的工作性能。在混凝土中摻加適量的石灰石粉，可以使混凝土的泌水率降低，且坍落度損失也隨之降低。曹鵬飛等人研究了自密實混凝土中摻石灰石粉。石灰石粉取代水泥5%～15%時能明顯提高混凝土的早期強度、保水性和黏聚性。隨石灰石粉摻量增大時可以提高混凝土的塌落度，但降低了混凝土后期強度，滿足不了工程要求。在石灰石粉和粉煤灰摻量相同取代水泥時，石灰石粉混凝土其抗凍性能小于粉煤灰混凝土，但混凝土水化熱明顯低于粉煤灰混凝土。馬燁紅的試驗中石灰石粉取代了30%的水泥，混凝土28天齡期時比基準混凝土下降了30%，且混凝土黏聚性和保水性特差。這一摻量已經遠遠不能滿足混凝土的工作性能。

也有一些學者研究了石灰石粉復合其它礦物摻合料對混凝土性能的影響。陳劍雄研究了石灰石粉取代粉煤灰摻量為0～25%時發現：隨石灰石粉摻量增加時，粉煤灰和石灰石粉復摻對碾壓混凝土的抗剪強度影響不大。并且混凝土的耐久性能、其它力學性能均能保證。周云虎等人研究了石灰石粉復合鈦礦渣粉以及石灰石粉復合鋰礦渣粉的混凝土。對于石灰石粉復合鈦礦渣粉時，在石灰石粉摻量為10%，鈦礦渣粉摻量為0～20%時，混凝土的力學性能和耐久性能均高于不摻其它任何摻料的高性能混凝土。在力學性能和耐久性能不降低情況下，石灰石粉取代水泥率最高能達到30%。鋰渣粉和石灰石粉復合時，石灰石粉摻量在10～20%時，而鋰渣粉摻量為15%時，混凝土的施工性能提高。但降低了混凝土早期強度，養護齡期28天時，強度能達到基準混凝土。石灰石粉摻量30%時，鋰渣摻量10%，高性能自密實混凝土依然滿足要求。以上研究對于現在國家提倡大量利用礦物摻合料和降低水泥用量，滿足低能減排要求有重要意義。

參考文獻

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（作者單位：陸軍勤務學院）