不同比表面積石灰石粉在混凝土中的應用研究

石城萬年青新型建材有限公司，江西 石城 342709

隨著國家基礎設施建設的發展，混凝土用量越來越大，傳統摻合料如粉煤灰、高爐礦渣粉其需求量越來越大，由于資源的區域性問題，部分地區甚至無摻合料應用，資源緊缺導致許多地區出現供不應求。許多地方已經出現粉煤灰造假、摻假、以次充好和亂摻等現象，有些工程出現脫硫脫硝粉煤灰、不明情況粉煤灰，導致出現質量事故。因此擴大礦物摻合料的來源，發揮就地取材，充分利用當地資源的有效利用，具有十分重要的意義［1］。

我國石灰石資源分布廣泛，在采石場加工礦石時會產生大量的細顆粒，可加工制備成石灰石粉，且其價格低廉、易于粉磨、運輸方便［2］。充分利用我國石灰石礦的資源優勢，將石灰石粉作為新型混凝土礦物摻合料替代行業中最常用的粉煤灰，有效彌補粉煤灰資源的不足、質量不穩定等問題，具有良好的應用前景。石灰石粉是現代混凝土用礦物摻合料之一，國家標準GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》 及行業JGJ/T 318－2014《石灰石粉在混凝土中應用技術規程》及都對石灰石粉作為礦物摻合料的技術指標均做了詳細的規定［3］。

本文針對不同細度的石灰石粉在相容性砂漿中的性能，確定最佳的細度范圍，并在混凝土中進行應用研究。

1 原材料

水泥： 萬年青P·O42.5 級水泥，標準稠度用水量26.5%，3d 抗壓強度26.4MPa，28d 抗壓強度49.8MPa；粉煤灰：江西某電廠二級磨細粉煤灰，密度2.49kg/m3，需水量比為103%，45μm 篩余19.1%；礦粉：江西新余粒化高爐礦渣粉，28d 活性指數98%，流動度比103%，比表面積428m2/kg，密度為2.82g/cm3；石灰石粉：江西高安石灰石粉，加工成不同比表面積，MB 值為0.25；細骨料：細骨料為贛州（梅江）河砂，細度模數為2.8；粗集料為石灰巖碎石，采用5～10mm 和10～31.5mm 二級配碎石。

2 試驗方法

相容性砂漿試驗參照（GB 50119 -2013）《混凝土外加劑應用規范》標準附錄A；相容性砂漿抗壓強度參照（JGJT70-2009）《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》；混凝土拌合物性能試驗參照（GB/T50080-2016）《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》；混凝土抗壓強度試驗參照（GB/T50081-2019）《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行測試。

3 試驗結果及分析

3.1 不同比表面積石灰石粉對砂漿擴展度和強度的影響

使用常規C30 混凝土配合比，參照GB 50119-2013 標準中附錄A 規定的相容性試驗方法（砂漿擴展度法）進行試驗。研究不同比表面積石灰石粉對相容性砂漿擴展度及砂漿抗壓強度的影響。其中相容性砂漿配合比應采用與混凝土配合比中去除粗骨料后的砂漿配合比，水膠比應降低0.02，配合比祥見表1。

表1 混凝土和砂漿配比 kg/m3

由表1 和圖1 可以看出，砂漿初始擴展度整體是隨著石灰石粉比表面積的提高而增大，而砂漿1h 擴展度隨石灰石粉比表面積提高而變化不大，一方面說明石灰石粉需水量不高，另一方面，提高石灰石粉比表面積可能增大砂漿1h 擴展度損失，故就工作性而言，石灰石粉比表面積不宜過大。

由圖1 可知，膠砂試件各齡期抗壓強度均隨著石灰石粉比表面積的提高而增大，膠砂試件7d 抗壓強度數據波動較大，不具有代表性。從膠砂試件3d 抗壓強度變化來看，石灰石粉具有一定的早強填充作用，這種早強作用隨著石灰石粉比表面積的提高而越來越顯著，當其比表面積超過600m2/kg 時，膠砂試件早期和后期強度增長不大。因此，石灰石粉比表面積宜控制在500～600m2/kg 范圍內。

表2 石灰石粉比表面積對砂漿擴展度和強度的影響

圖1 不同比表面積石灰石粉對砂漿擴展度（左圖）和強度（右圖）的影響

3.2 石灰石粉對混凝土性能的影響

參照C30 基準混凝土配合比（見表3），將比表面積為537 m2/kg 的石灰石粉作為摻合料全部替代粉煤灰，研究其對混凝土坍落度、擴展度及抗壓強度的影響，結果見表4。

表3 混凝土配合比 kg/m3

表4 混凝土的性能

從表4 可以看出，摻石灰石粉混凝土相對粉煤灰而言，混凝土初始坍落度和擴展度會有一定的增大，且用石灰石粉每方混凝土可降低5～10 kg/m3用水量，混凝土坍落度和擴展度損失相差不大。從混凝土強度可以看出，摻石灰石粉摻合料混凝土早期3d 和7d 抗壓強度高于基準組，后期28d、60d、90d 抗壓強度略低于基準組，但是相差不大。因此可以看出，石灰石粉作為摻合料替代一些質量不佳的粉煤灰在混凝土應用，可以有效改善混凝土的性能。目前行業對石灰石粉作為混凝土摻合料的作用大多數歸結為顆粒形貌效應、活性效應、加速效應［4-6］，主要為顆粒形貌效應。其中顆粒形貌效應是超細石灰石粉顆粒填充使膠凝基體更為致密，另外可以改善膠凝體系的絮凝狀態從而改善混凝土性能，起到一定的減水作用［4-6］，活性效應是指石灰石粉會在后期和膠凝體系體系中的鋁相礦物反應生成具有一定膠凝能力的單碳和三碳水化鋁酸鈣產物；加速效應是指顆粒可作為水化產物的成核基體，降低成核位壘，加速水泥水化［4-6］。但是使用石灰石粉在硫酸鹽環境中發生碳硫鈣石腐蝕應該高度重視［4］，慎重使用，水下結構也需要慎重使用。

4 結論

（1）石灰石粉作為混凝土摻合料，其比表面積建議控制在500～600m2/kg 范圍內。

（2）石灰石粉由于具有加速效應、活性效應和顆粒形貌效應，在混凝土中可作為摻合料替代質量不佳的粉煤灰，可改善混凝土的性能。

（3）石灰石粉在硫酸鹽環境中會發生碳硫鈣石腐蝕，需要慎重使用；高標號混凝土和水下混凝土結構也建議少用。