不同比例石灰石粉与胶凝材料对混凝土工作性及强度的影响

杨柳，宋少民

（北京建筑工程学院土木与交通工程学院，北京100044）

不同比例石灰石粉与胶凝材料对混凝土工作性及强度的影响

杨柳，宋少民

（北京建筑工程学院土木与交通工程学院，北京100044）

论文针对石灰石超细粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土性能的影响进行了研究。通过对不同比例石灰石超细粉掺量下新拌混凝土性质、强度发展规律的试验与分析，考察石灰石超细粉在混凝土中的作用与效果。试验结果表明掺石灰石超细粉可以减小坍落度损失。在同坍落度下，可明显减小混凝土用水量，降低水胶比。在水泥与胶凝材料用量相同时，石粉掺量的增加会使混凝土长期强度增长率略有减小。

石灰石超细粉；低品质粉煤灰；混凝土；和易性；强度

1 概述

近年来, 水利、交通、工民建等建设工程规模空前发展,我国部分地区面临优质粉煤灰供应紧缺问题, 尤其是西南地区这一情况更为突出。 而且粉煤灰的远距离输送也大大提高了混凝土的生产成本。因此, 寻找一种可就近取材、质优价廉的新型矿物掺合料迫在眉睫。石灰石粉因其易于粉磨、低反应活性、低需水量比、可就近取材等特点可作为粉煤灰的补充。石灰石粉是以生产石灰石碎石和机制砂时产生的石粉和石屑为原料，通过进一步粉磨制成的粒径不大于10μm的细粉，在混凝土中具有良好的减水和填充效应。大量研究[1]表明石灰石粉不完全是一种惰性混合材料，一些研究人员通过研究发现石灰石粉对混凝土强度是有贡献的，它参与了混凝土的水化反应[2～4]。后期可以生成三碳水化铝酸钙和单碳水化铝酸钙。至今，随着高细粉磨技术的进步，利用石灰石粉作为混凝土矿物掺合料是可行的。

2 试验用原材与试验方法

2.1 原材料

1)水泥

本实验采用P·O42.5水泥，水泥的主要性能指标见表1。

2)粉煤灰

本次试验采用等外级粉煤灰，其化学成分及品质指标见表2及表3。

表1 水泥的物理力学技术指标

表2 粉煤灰的化学成分检测结果

表3 粉煤灰部分品质指标检测结果

3)石灰石粉

其细度45μm筛余为2.2%，需水量比为94%，其化学成分见表4。

表4 石灰石粉的化学成分检测结果 %

4)细集料

细度模数2.72，表观密度2695kg/m3，松散堆积空隙率42.29%，紧密堆积空隙率30.10%，0.15mm以下筛余14.15%。

5)粗集料

5～20mm。含泥量、泥块含量、针片状颗粒含量、压碎指标符合现行国家标准GB/T14685的要求，空隙率36.43%。

6)拌合用水

采用生活用水。

7)减水剂

萘系减水剂。减水率为2.5%。

2.2 试验配合比

本试验考察掺不同石灰石粉对混凝土水胶比及工作性等性能的影响。混凝土配合比见表5。基准试样组1不掺石灰石粉（LS），只掺粉煤灰（FA）。其配合比为基准配合比。试验试样组2～11组中矿物掺合料替代50%水泥，石灰石粉掺量逐渐增加，其余参数均和基准配合比中的相同。混凝土强度配合比见表6。

表5 不同石灰石粉掺量比例新拌混凝土性能试验配合比 kg/m3

表6 不同石灰石粉掺加比例混凝土各龄期强度试验配合比 kg/m3

3 结果与分析

3.1 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土坍落度损失的影响

从表7，图1可以看出随着石粉掺量由0 kg/m3增加到180 kg/m3混凝土初始坍落度保持在185～230mm之间，1h坍落度从90mm增加到210mm。以组1为基准，1h坍落度增加到233%。坍落度损失从105mm减小到10mm，以组1为基准，随着石灰石粉的掺加量增加明显减少了混凝土的经时坍落度损失。其中，石灰石粉掺量大于矿物掺合料的50%时，1h坍落度损失明显降低，从105mm降到35mm。

表7 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土坍落度损失的影响

图1 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土坍落度损失的影响

随着石灰石粉掺量的增加混凝土拌合物的坍落度损失显著减小，主要是由于石灰石粉的形态效应和填充效应。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。由于石灰石粉颗粒较细，且比表面积很低，因此增加了拌合物的流动性。由于石灰石粉比水泥颗粒细度小，能够填充水泥与粉煤灰之间的间隙,起到填充骨架的作用,从而改善了混凝土的工作性。

3.3 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺同坍落度下对混凝土水胶比的影响

从表8及图2可以看出，随着石灰石粉掺量由0kg/m3增加到180kg/m3，在同坍落度下，混凝土的水胶比从0.56降低到了0.42，以组1不掺石灰石粉为基准，随着石粉掺量增大到180 kg/m3，混凝土拌合物的水胶比降低了25%，明显减少了混凝土的用水量。

表8 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺同坍落度下对混凝土水胶比的影响

图2 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺同坍落度下水胶比的变化

石灰石粉可减少混凝土的用水量，降低水胶比。由于石灰石粉具有良好的形态效应和填充效应，且其表面能很低，在混凝土中石灰石粉的用水量少于粉煤灰，因此使混凝土的用水量明显降低，从而降低水胶比。同时，由于石灰石粉比表面积大于水泥及粉煤灰，使混凝土中粉体的表面积与水体积的比例增大，减少了拌合物的离析与泌水，减少用水量的同时保持混凝土拌合物良好的和易性。

3.4 石灰石粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土强度的影响

本试验对石灰石粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土长期强度的影响。如表9及图3所示，组Q-2、Q-3、Q-4为胶材用量400kg/m3时不同石粉替代粉煤灰量对混凝土强度的影响。其中0～28d强度随着石粉替代量的增加并没有明显变化。混凝土强度在28d～180d之间，石粉替代粉煤灰量50%是强度增长最大，增加了24MPa；而石粉替代粉煤灰量70%、80%时，强度在28～90d之间平均增加了17MPa，90d～180d之间强度并没有增长。

表9石灰石粉与低品质粉煤灰复掺对混凝土强度的影响MPa

图3 石灰石粉掺量对同胶凝材料混凝土强度的影响

图4 同石灰石粉掺量下不同胶材用量对混凝土强度的影响

如图4所示，Q-1、Q-3、Q-5、Q-6、Q-7分别为胶凝材料为 360kg/m3、400 kg/m3、440kg/m3、480kg/m3、500kg/m3时同等石粉掺量比例下混凝土长期强度变化。总体上看，在水胶比基本相同时，胶凝材料用量变化对各龄期强度影响不大。

从以上试验结果可以看出，在相同胶凝材料用量时，随着石粉替代粉煤灰量的增加，早期强度并未出现明显变化，而后期强度随着石粉掺量的增加强度增长率略有下降。由于石灰石粉活性相对较低，后期强度的增长幅度不如粉煤灰，因此石粉掺量增大时，后期强度的增长率略有下降。

4 结论

（1）随着石粉掺量比例的增加，使混凝土坍落度损失从105mm降到10mm，明显改善新拌混凝土的工作性。

（2）随着石粉掺量比例的增加，可以在保持相同坍落度的同时，减少混凝土用水量，使混凝土拌合物的水胶比降低了25%。

（3）相同胶凝材料用量时，随着石灰石粉相对于低品位粉煤灰量的增加，对混凝土的早期强度并没有影响，但会使长期强度的增长率略有降低，但幅度不大。

[1]J. Farran.Revue des Materiaux de Contrution et de Travaux Publics,1995,25(20): 490-492.

[2]涂成厚.石灰石粉的应用.国外建材科技, 1999, 20(4): 47-51.

[3]章春梅, V. S. Ramachandran. 碳酸钙微集料对硅酸三钙的水化的影响. 硅酸盐学报, 1988, 16(2):110-117.

[4] 路平,路树标.CaCO3对C3S水化的影响. 硅酸盐学报,1987, 15(4):289-294.

Effect of the use of limestone powder and cementitious materials on the workability and compressive strength of concrete

Yangliu,Songshaomin
(Beijing University of Civil Engineering and Architecture School of civil and transportation engineering,Beijing 100044)

The effect of limestone microtiller replacement of low-quality fly ash concrete was investigated. The workability and compressive strength of concrete were analyzed based on various proportions of limestone powder. Testing results show that incorporation of limestone powder leads to a decrease of slump loss.On the same slump loss limestone powder reduce water consumption and w/b. Increasing limestone microtiller replacement of low-quality fl y ash decrease growth rate of long-term strength on the same cement and cementitious materials.

limestone microtiller; low-quality fl y ash;concrete;workability;compressive strength of concrete

杨柳（1985-），女，硕士在读。

[单位地址]北京建筑工程学院 北京展览馆路1号（100044）