不同比表面積石灰石粉摻合料對C 20～C 60混凝土性能影響的試驗研究

馮濤濤，任慧超，賈林，張凱峰，趙世冉

（1.中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710116；2.西安寧眾實業(yè)有限公司，陜西 西安 710018）

不同比表面積石灰石粉摻合料對C 20～C 60混凝土性能影響的試驗研究

馮濤濤1，任慧超1，賈林2，張凱峰1，趙世冉1

（1.中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 710116；2.西安寧眾實業(yè)有限公司，陜西 西安 710018）

本文采用不同比表面積石灰石粉作摻合料進行混凝土性能試驗研究，結(jié)果表明，采用比表面積400m2/kg

石灰石粉替代粉煤灰，摻量低于 80% 時， C20～C60 混凝土強度可滿足施工要求。采用比表面積600m2/kg 石灰石粉替代粉煤灰，在摻量低于 80% 時， C50～C60 混凝土強度可滿足施工要求，在摻量達到 80%～100% 時，C30、

C40 混凝土可滿足施工要求。

石灰石粉；混凝土；物理性能；力學性能

0 前言

隨著城市發(fā)展和環(huán)境治理力度的加強，混凝土用優(yōu)質(zhì)摻合料資源日益減少[1]。石灰石粉是混凝土用礦物摻合料之一，GB/T 51003－2014《礦物摻合料應用技術(shù)規(guī)范》和 JGJ/T 318－2014《石灰石粉在混凝土中應用技術(shù)規(guī)程》都對石灰石粉的技術(shù)指標做了詳細的規(guī)定。然而長期以來，石灰石粉并未在混凝土中大量使用，原因之一就是石灰石粉來源不穩(wěn)定，多數(shù)由礦山開采的邊角料粉磨而成，質(zhì)量波動大，易造成混凝土質(zhì)量波動[2-4]。研究表明，石灰石粉可以改善混凝土的各項性能，但鈣含量低、品質(zhì)差的石灰石粉，將會對混凝土強度、施工性能和耐久性能帶來不良影響。因此，本文通過引進石灰石粉進行混凝土試驗研究，確定石灰石粉作摻合料對混凝土性能的影響規(guī)律，進而高效利用石灰石粉，改善混凝土和易性、強度、施工性和耐久性的同時，可以實現(xiàn)石灰石粉的有效利用、具有良好的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益[5-7]。

1 試驗

1.1 原材料

水泥采用 P·O42.5 水泥，主要物理性能指標見表1。

表1 水泥物理性能指標

粉煤灰采用 II 級粉煤灰，細度 19.5%，燒失量61%。

礦粉為 S95 級礦粉，7d、28d 活性指數(shù)分別為 81%和 98%。

石灰石粉磨細比表面積分別為 400m2/kg 和600m2/kg，化學成分見表 2。

外加劑采用高性能聚羧酸減水劑。

細集料采用河砂，細度模數(shù) 2.6；粗集料采用5～31.5mm 連續(xù)級配卵石或碎石。

表2 石灰石粉化學成分 %

1.2 試驗方法

試驗采用兩種比表面積石灰石粉分別替代C20～C60 混凝土中粉煤灰進行混凝土物理力學性能研究，其中石灰石粉替代粉煤灰量分別為 60%、80%、100%?；炷廖锢砹W性能試驗依據(jù) GB/T50080－2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》和 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行，混凝土配合比見表 3 所示。

表3 不同強度等級混凝土配合比 k g/m3

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 工作性能試驗結(jié)果

不同比表面積石灰石粉替代粉煤灰對 C20～C60 混凝土擴展度影響如下表 4 和圖 1、圖 2 所示。其中，C20～C40 混凝土采用卵石和普通外加劑，C50 和 C60混凝土采用碎石和專用高強外加劑。

由圖 1、圖 2 可知，C20～C40 混凝土擴展度隨石灰石粉替代量的增加呈降低趨勢，而 C50、C60 混凝土擴展度隨石灰石粉替代量的增加呈增加趨勢，這是因為相比 C20～C40 混凝土，C50、C60 混凝土中粉煤灰總量較低，進一步說明石灰石粉替代粉煤灰后易降低混凝土擴展度。另外，當 C40 混凝土中石灰石粉摻量達 40%時，混凝土擴展度達到最大值，當比表面積 600m2/kg石灰石粉摻量達到 80% 時，混凝土擴展度達到最大值，表明石灰石粉在合適的摻量下可以起到改善混凝土和易性的作用。對比 C30 混凝土擴展度變化可知，采用比表面積 600m2/kg 石灰石粉的混凝土呈增長趨勢，而采用比表面積 400m2/kg 石灰石粉則呈降低趨勢，表明比表面積 600m2/kg 石灰石粉對混凝土和易性的改善作用優(yōu)于比表面積 400m2/kg 石灰石粉。這是因為石灰石粉顆粒表面光滑，密度低于水泥，在膠凝材料總量不變的情況下，增加了混凝土漿體的含漿量，提高了混凝土的包裹性，并且，相比之下，比表面積 600m2/kg 石灰石粉顆粒更細，分散在水泥顆粒之間，更易置換出填充于空隙中的水，起到減水的作用，從而提高混凝土的流動性。

表4 不同比表面積石灰石粉混凝土擴展度

圖1 比表面積 400 m2/k g 石灰石粉混凝土擴展度

圖2 比表面積 600 m2/k g 石灰石粉混凝土擴展度

2.2 力學性能試驗結(jié)果

不同比表面積石灰石粉替代粉煤灰對 C20～C60 混凝土 7d、28d 抗壓強度影響如表 5 所示。

表5 不同比表面積石灰石粉混凝土抗壓強度

由圖 3 和圖 5 可知，C20、C30 混凝土 7d 強度隨石灰石粉摻量的增加呈增加的趨勢，C40～C60 混凝土7d強度隨石灰石粉摻量的增加呈降低的趨勢，表明石灰石粉對 C30 以下強度等級混凝土早期強度影響較小，但對 C40 以上強度等級混凝土早期強度影響較大。另外，C30 混凝土在石灰石粉 80% 摻量下，C40 混凝土在石灰石粉 100% 摻量下，C50 混凝土在石灰石粉 60% 摻量下，C60 混凝土在石灰石粉 60% 摻量下，7d 抗壓強度分別接近或超過 30MPa、40MPa、50MPa 和 60MPa，表明石灰石粉在合適的摻量下可以提高混凝土的早期強度。

圖4 和圖 6 的試驗結(jié)果表明，石灰石粉在合適的摻量下，可以滿足 28d 強度要求，其中，比表面積400m2/kg 石灰石粉摻量低于 80% 時，C20～C60 混凝土強度可滿足施工要求，比表面積 600m2/kg 石灰石粉在摻量低于 80% 時，C50～C60 混凝土強度可滿足施工要求，在摻量達到 80%～100% 時，C30、C40 混凝土可滿足施工要求。

圖3 比表面積 400 m2/k g 石灰石粉混凝土 7 d 強度

圖4 比表面積400 m2/k g石灰石粉混凝土 28 d 強度

圖5 比表面積 600 m2/k g 石灰石粉混凝土 7 d 強度

圖6 比表面積 600 m2/k g 石灰石粉混凝土 28 d 強度

石灰石粉表面光滑，顆粒較細，摻入混凝土中后對水泥起到稀釋作用，延緩水化進程，一方面可以改善混凝土拌合物的流動性, 另一方面, 也可以起到降低水化熱的作用。此外超細石灰石粉具有“微集料效應”，填充在水泥顆粒之間，使水泥漿體更加密實，需水量更少，這在摻加比表面積大的石灰石粉混凝土中表現(xiàn)更為明顯。另外，石灰石粉還可參與水泥水化，起到加速水泥水化和漿體結(jié)構(gòu)形成的作用，具體表現(xiàn)為混凝土實際水灰比增加，水泥水化速度加快，細小的石灰石粉顆粒成為 C-S-H 凝膠的晶核，并被結(jié)合進水化產(chǎn)物中，加速漿體的形成，CaCO3可加速 C3A、C4AF 反應，生成碳鋁酸鹽相，同時碳酸鈣顆粒對 C3S 水化起晶核作用，加速C3S 的水化，從而提高混凝土早期強度。

3 結(jié)論

石灰石粉顆粒表面光滑，在膠凝材料總量不變的情況下，可以增加混凝土漿體的含漿量，提高混凝土的包裹性，比表面積 600m2/kg 石灰石粉對混凝土和易性的改善作用優(yōu)于比表面積 400m2/kg 石灰石粉。

采用比表面積 400m2/kg 石灰石粉替代粉煤灰，摻量低于 80% 時，C20～C60 混凝土強度可滿足施工要求。采用比表面積 600m2/kg 石灰石粉替代粉煤灰，在摻量低于 80% 時，C50～C60 混凝土強度可滿足施工要求，在摻量達到 80%～100% 時，C30、C40 混凝土可滿足施工要求。

[1] 劉數(shù)華，閻培渝．石灰石粉對水泥漿體填充效應和砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響[J]．硅酸鹽學報，2008，36(1)：69-72．

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［通訊地址］陜西省西安市長安區(qū)王寺鎮(zhèn)西街中建西部建設(shè)北方有限公司研發(fā)中心（710116）

Study on the effect of limestone powder with different specif i c surface area as mineral admixture on the properties of C20～C60 Concrete

Feng Taotao1,Ren Huichao1,Jia Lin2, Zhang Kaifeng1, Zhao Shiran1
(1.China West Construction North Group Co., Ltd., Shaanxi, Xi'an, 710116；2.Xi'an Ningzhong Industrial Co.,Ltd, Shaanxi, Xi'an 710018)

This paper adopts limestone powder with different specif i c surface area as admixture for high performance test of concrete. The result shows that，when the use of specif i c surface area of 400m2 / kg limestone powder to replace the amount of fl y ash is less than 80%, C20 ～ C60 concrete strength to meet the construction requirements. when the use of specif i c surface area of 600m2/kg limestone powder to replace the amount of fl y ash is less than 80%, the concrete strength of C50～C60 can meet the construction requirements. And when the content of concrete reaches 80%～100%, the C30 and C40 concrete can meet the requirements of construction requirements.

limestone powder; concrete; physical properties; mechanical properties

馮濤濤（1988－），男，助理工程師，從事高性能混凝土與綠色建材研究。