石灰石粉对混凝土

石灰石粉对混凝土性能的影响浅析及工程应用谢开嫣北京恒坤混凝土有限公司（冀东）一、前言1、混凝土的发展方向绿色、高性能、可持续发展对能源、资源消耗少，对环境影响小，再生资源利用率高，且使用性能好的建筑材料。2、工程对混凝土的要求混凝土强度的设计要求，与施工性能相适宜的拌合物的性能，与环境因素相适宜的混凝土的耐久性能，与持续发展相适宜的绿色、高性能。3、混凝土的性能设计各种掺合料及高性能混凝土外加剂的出现丰富了混凝土性能设计的途径，也使混凝土的性能设计成为可能。二、石灰石粉应用现状1、在人工砂、石生产过程中，会产生大量的石粉、石屑。人工砂在使用中允许含有部分石粉，但大部分石粉无用武之地，不仅对环境造成污染，对资源也是一种浪费。2、近几年，随着大气环境治理的不断深入，煤电企业逐渐减少，作为煤电企业的副产品--粉煤灰日渐枯竭，面临无粉煤灰可用的状况。3、石灰石粉原料：一定品位纯度的石灰石（CaCO3含量≥75%）工艺：经粉磨至规定细度（45um方孔筛筛余≤15%）的粉体材料。4、大量研究表明石灰石粉不完全是一种惰性材料[1]，水化过程中可以与水泥中的C3A和C4AF发生反应，生成碳铝酸盐。适量的石灰石粉取代水泥，可以改善新拌混凝土工作性及硬化混凝土的孔结构，提高其抗渗性[2]。将其作为掺合料用于混凝土中不仅能够充分利用资源，还可以弥补掺合料不足的现状，更可以体现混凝土的绿色和高性能的特性。三、石灰石粉在混凝土中的作用及机理石灰石粉在水泥基材中的作用：1、加速效应2、活性效应3、颗粒效应（形态效应和填充效应）加速效应：是指适当掺量的石灰石粉能充当CSH的成核基体，降低成核位垒，加速水泥水化。加速效应有利于混凝土早期强度。活性效应：即石灰石粉与水泥中的铝相反应生成具有一定胶凝能力的碳铝酸盐复合物，从而改变水泥胶凝体系的一些性能。这一效应对混凝土的后期强度有贡献。需要说明的是石灰石粉的诸多因素影响着混凝土的早期强度，只是影响程度不同。只要掺入石灰石粉，其加速效应和活性效应就同时起作用，只不过是作用程度不同。对于C3A含量较低的水泥石灰石粉胶凝体系，石灰石粉对胶凝体系早期强度的贡献加速效应起主导，对于C3A含量较高的水泥石灰石粉胶凝体系，石灰石粉对胶凝体系早期强度的贡献活性效应起主导[3]。形态效应是指表面致密光滑的石灰石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，起到分散剂的作用，能促进水化初期水泥颗粒的解絮，从而改善混凝土的工作性能—流动性。填充效应是指细度比水泥小的石灰石粉颗粒能够填充水泥之间的间隙，起到填充骨架的作用，从而提高混凝土的强度，改善混凝土的工作性[4]。四、石灰石粉对混凝土性能的影响1、混凝土工作性宋少民等人[5]用密度为2.76g/cm3，比表面积为7350cm2/g的石灰石粉取代水泥，当用水量和减水剂量相同时，随着石灰石粉用量的增加，混凝土的坍落度明显提高。袁航、谢友均[6]采用密度为2.6g/cm3，45um筛筛余分别为0.6%、4.6%、16.5%的石灰石粉超量取代水泥，取代率15%，掺加石灰石粉的混凝土坍落度要大于不掺加石灰石粉的混凝土的坍落度，且坍落度随着所掺石灰石粉细度的减小而增大。这主要是石灰石粉良好的形态效应及填充效应作用的结果。一方面，石灰石粉的分散作用及对水化初期水泥颗粒的解絮作用，改善了混凝土的工作性。另一方面，其需水量较水泥低，取代水泥后，可以降低拌合用水量，增加混凝土的坍落度。2、混凝土强度肖斐、崔洪涛[7]等人对比表面积分别为2000cm2/g、12000cm2/g、21000cm2/g三种石灰石粉，分别进行了5%、10%、20%三种掺量的强度试验。试验表明石灰石粉的细度和掺量对混凝土的力学性能影响较大。当表面积分别为2000cm2/g时，不利于混凝土抗压强度的增长，对抗折强度影响不大。当比表面积为12000cm2/g、21000cm2/g，掺量为5%、10%时，对混凝土的早期及后期强度均有提高，随比表面积的增加，混凝土的后期强度增长更为明显。当掺量为20%时，混凝土抗压强度均低于空白试件，5%、10%、20%掺量下，混凝土的28d折压比均高于空白试件。这说明，掺入一定细度的石灰石粉可以降低硬化混凝土的脆性，在一定程度上增加混凝土的韧性。3、混凝土耐久性李瑶[8]等人，用比表面积为2000m2/kg的石灰石粉在5%、10%、20%取代率的情况下，进行了混凝土硫酸盐侵蚀试验，各组对应龄期的混凝土重量损失随石粉掺量的增加呈递减趋势，且重量损失均低于空白混凝土。潘明南[9]等人在相同比表面积、相同取代率的情况下，用相同试验方法得出一致的结论。洪锦祥[10]等人对石屑混凝土的研究发现，C40混凝土，石粉含量10%、16%、24%时，随石粉含量的增加，混凝土的抗渗性能、抗冻性能越好。五、工程使用效果本公司通过对超细碳酸盐岩粉（超细石灰石粉）的研究开发，编制了本企业的产品标准及应用技术规程。通过石灰石粉混凝土力学性能、长期性能、耐久性能的研究，确定了石灰石粉在混凝土中的经济掺量，并将研究成果用于生产。石灰石粉粒度分布参数D（50）小于等于3.5um，D（90）小于等于12um。在2011年生产中超细石灰石粉主要应用在中低强度等级的混凝土中，配合比设计的主导思路是保持坍落度、经时损失及强度与不掺石灰石粉混凝土基本一致的情况下，降低单位用水量，与同期不掺石灰石粉同等级混凝土相比，石灰石粉混凝土的水胶比分别降低0.09、0.08、0.06。生产配合比如下：混凝土拌合物性能：出机坍落度200-230mm，扩展度不小于600mm，2小时经时损失20-30mm，混凝土粘聚性良好，无离析。泌水。等级w/b水水泥砂石粉煤灰矿粉石粉外加剂胶材总量C250.4315015010148304090707.2350C300.381451809958484090708.0380C350.351452109448724090809.2420混凝土标养抗压强度（摘自2011年8月生产数据）：强度等级7d28d组数强度平均值(MPa)达设计等级%组数强度平均值(MPa)达设计等级%C256335.414212141.2165C3016640.313427147.3158C353546.413315054.7156提示：1、石灰石粉会因其细度、掺量的不同而对新拌混凝土及硬化后混凝土的性能产生不同的影响。使用过程中应通过试验确定。2、石灰石粉的活性效应与水泥中C3A及C4AF的含量有关。3、石灰石粉的形态及填充效应可以减少拌合物用水量，但在低水灰比的情况下会增加拌合物的粘度，建议用于中低强度等级混凝土中，改善拌合物的性能，同时减少水泥用量，降低材料成本。4、掺石灰石粉的混凝土抗渗性能、抗冻性能较优。5、对于掺石灰石粉混凝土自然条件下的碳化性能还需进一步验证，避免因回弹误差误判混凝土强度不合格。附件：石粉与石灰石粉的区别：石粉：机制砂生产过程中形成的粒径小于75µm，其矿物成分组成和化学组成与母岩相同的颗粒含量。石灰石粉：一定品位纯度的石灰石（CaCO3含量≥75%）经粉磨至规定细度（45um方孔筛筛余≤15%）的粉体材料。