石灰石粉替代粉煤灰在混凝土中的应用

2014-03-13王瑞赵永宁王帅段成博

商品混凝土 2014年10期

关键词：易性胶砂石灰石

王瑞，赵永宁，王帅，段成博

（宁夏锦泰鸿业商砼有限公司研发中心，宁夏银川 750200）

石灰石粉替代粉煤灰在混凝土中的应用

王瑞，赵永宁，王帅，段成博

（宁夏锦泰鸿业商砼有限公司研发中心，宁夏银川 750200）

本文试验了用石灰石粉以不同掺量替代粉煤灰对混凝土工作性、力学性能的影响，试验结果表明：石灰石粉适当的替代粉煤灰在混凝土中应用时，能够改善混凝土的和易性、工作性，降低混凝土坍落度损失，力学性能得到提高，改善了混凝土密实性及耐久性。应用于高强度混凝土时，石灰石粉与粉煤灰复掺使用可以降低混凝土的粘聚性，提高混凝土的流动性。

石灰石粉；工作性；耐久性；混凝土

0 前言

随着现代工程建筑的发展，人们对混凝土的性能和质量不断地提出了新的、更高的技术要求，伴随着外加剂在混凝土工程上普遍应用以后，人们开始把目光投向矿物掺合料，作为现代混凝土的重要原材料，改善混凝土各项性能的同时也降低了成本，减少了对环境的污染，为绿色高性能混凝土这一发展方向做出巨大贡献。日益在国内外材料与工程界引起广泛的关注与重视，甚至将之称为混凝土的第六组分，成为当今混凝土技术进步的重要途径和措施。经过大量试验和长期在生产中的应用，参考不同使用者和研究者对石灰石粉混凝土数据结果不同的原因，通过石灰石粉与其他矿物掺合料复掺的试验数据，简单总结石灰石粉对混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。

1 材料的质量与地区差异

西部大开发和可持续发展战略的实施，宁夏加大了对基础设施的投资和建设质量管理力度，煤炭资源在宁夏有着相当大的储量且煤质较好，为混凝土提供大量质量优良价格低廉的粉煤灰资源。但是，混凝土企业过快的发展步伐打乱了现有粉煤灰市场，粉煤灰质量不稳定、波动大，如细度、需水比、烧失量、活性指数及拌合物性能均受到很大影响。近些年来，随着水利、交通及各类民用设施建设的迅速发展，粉煤灰逐渐面临资源紧缺、运输距离远等问题，这必然会大大提高混凝土的成本、增加工程造价。因此，非常需要找到一种容易获取且质优价廉的新型辅助矿物掺合料。

石灰石粉是石灰岩经机械加工后颗粒小于 0.16mm 的微细粉体，其化学成分以 CaCO3为主，最早作为一种廉价的添加物而曾经为不法分子利用来谋取暴利，但是随着人们经过科学的试验验证，作为一种惰性掺合料在水泥基材料中起到的功能协同效应逐渐改变了人们对其惰性观点的认识。近年来，混凝土技术从普通混凝土向绿色高性能混凝土迈进，但是原材料资源日趋匮乏，质量呈现下降趋势。由于它具有比熟料易磨性好的优点，合理的与粉煤灰、硅灰复掺在水泥体系中能改善整个体系级配，降低水泥用量，在应用过程中由于其需水比相对粉煤灰较低，还有因为其早期的水化惰性，导致整个水泥水化体系往往处于一种比较迟钝的状态，从而有效地避免了水化热导致的质量问题。因此，从混凝土材料系统的观点出发的话，石灰石这种传统的惰性材料应该越来越多的被混凝土掺合料技术所利用。

2 原材料与试验方法

2.1 原材料

水泥：宁夏瀛海天琛建材有限公司瀛海牌 P·O42.5R水泥，3d 水泥强度 27.8MPa；28d 水泥强度 50.6MPa。

粉煤灰：宁夏青铝自备电厂I级灰，45μm 方孔筛筛余11%，烧失量 4.69%。

石灰石粉：阿拉善左旗鑫磊石料厂石灰石粉，比表面积700m3/kg，45μm 方孔筛筛余 2.1%。

粗骨料：阿拉善左旗鑫磊石料厂 5～25mm 碎石，含泥量0.6%，压碎指标值 9.8%。

细骨料：青铜峡恒源砂厂生产。水洗砂：细度模数 2.7，Ⅱ 区级配，含泥量 2.7%；天然砂：细度模数 2.2，Ⅱ 区级配，含泥量 3.9%。

减水剂：宁夏润维聚羧酸高性能减水剂，减水率28.7%，含固量 12%。

水：市政自来水。

石灰石粉质量检测指标有：第一、细度，用负压筛或勃氏比表面积仪测出；第二、石灰石粉中碳酸钙和氧化钙的含量，（1）测定烧失量来体现碳酸钙的纯度，（2）在石灰石粉中加入过量的已知浓度的盐酸标准溶液，充分反应后，称量未反应的物质的质量来计算碳酸钙的纯度。石灰石粉化学成分分析见表 1。

表 1 石灰石粉化学分析 %

表 2 矿物掺合料物理性能

2.2 试验方法

水泥：按 GB 175—2007《通用硅酸盐水泥》、GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》、GB/T 1346—2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》标准进行检测。

掺合料：按 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、JGJ/T 318—2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》标准进行检测。

砂及碎石：JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》标准进行检测。

外加剂：按 GB 8076—2008《混凝土外加剂》、GB/T 8077—2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》、GB 50119—2013《混凝土外加剂应用技术规范》标准进行检测。

混凝土力学性能试验：根据 GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》标准进行检测。

混凝土拌合物性能试验：根据 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》标准进行检测。

混凝土耐久性能试验：GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》、JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》标准进行检测。

3 试验及结果分析

3.1 石灰石粉取代粉煤灰对水泥胶砂强度的影响

根据 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》与 GB/T 18736—2002《高强高性能混凝土用矿物外加剂》中对各矿物掺合料活性和水泥胶砂强度的试验方法，用石灰石粉以 5%、10%、15%、20% 取代粉煤灰复掺的方法检验水泥胶砂强度的变化，结果见表 3。

结果显示，在胶砂体系中，采用 45μm 方孔筛筛余小于12% 的石灰石粉，以水泥质量 5%、10%、15%、20% 取代粉煤灰复掺时，水泥浆体和水泥胶砂试件强度在复掺试验中比单掺粉煤灰时效果好，石灰石粉的活性指数及水泥的强度贡献随之提高，对体系发挥积极作用，胶砂强度持续增长。当石灰石粉掺量大于 20%时，胶砂强度随之降低。

表 3 抗压强度和抗折强度试验结果

3.2 石灰石粉取代粉煤灰对混凝土工作性的影响

设计混凝土配合比，为了满足当前建筑物、构筑物设计强度的要求，分别检测普通、中等、高强度等级（C30、C40、C50）混凝土中石灰石粉取代粉煤灰后混凝土的工作性能。试验时按照设计配合比制成 (100×100×100)mm 的立方体试块做立方体抗压试验；测定初始坍落度、1h 坍落度损失、扩展度、抗压强度，并观察混凝土拌合物的和易性、工作性，混凝土试验配合比和结果见表 4。

表 4 混凝土试验配合比及结果

从表 4 的试验结果可以看出，混凝土拌合物的扩展度都在 510mm 以上，说明拌合物的和易性都较好，没有掺石灰石粉的混凝土经时损失较大，用石灰石粉取代粉煤灰后拌合物的初始坍落度值增大，经时损失减小，随着取代石灰石粉掺量的增加混凝土的工作性、和易性得到提高。石灰石粉适量取代粉煤灰能够避免其质量不稳定对混凝土拌合物性能的影响，改善混凝土工作性的同时，使混凝土和易性得到了改善（流动性、保水性、粘聚性均增加）。

3.3 石灰石粉取代粉煤灰对混凝土表观密度的影响

通过表 4 的试验结果，根据混凝土拌合物的和易性、工作性及 7d、28d 强度，使混凝土配合比满足绿色高性能，调整混凝土配合比（表 5），用质量法假定 C30 表观密度为2370kg/ m³、C40 表观密度为 2385kg/ m³、C50 表观密度为2400kg/ m³ 检测混凝土表观密度及强度。

表 5 混凝土调整配合比 kg/ m3

从表 5 中可见，通过容重法计算调整的配合比与混凝土拌合物的表观密度实测值有一定的差异，随着石灰石粉掺量的增加，拌合物表观密度逐渐增加，混凝土试件(100×100×100)mm 的单块质量也随之提高，说明混凝土密实度得到了改善，增加其密实性与耐久性。

3.4 石灰石粉取代粉煤灰对不同结构部位混凝土的影响

根据本地区材料的质量、成本及混凝土建筑物、构筑物的特点，应用于不同的结构部位，设计混凝土配合比。以C20（垫层、CFG 桩、基础、其他部位等）、C25（梁板梯柱、路面、基础、其他部位等）、C30（梁板梯柱、路面、基础、其他部位等）强度等级为例，根据不同的结构部位以水泥 10%～15% 的掺量用石灰石粉取代粉煤灰，在工程实体中应用。观察其在运输、泵送、振捣及养护过程中混凝土性能及实体结构抗压强度等变化。各强度等级混凝土调整配合比及混凝土性能结果见表 6。

根据表 6，在同期实际工程的应用中，单掺粉煤灰混凝土在和易性和工作性方面都略低于复掺石灰石粉混凝土。在同样的施工工艺下，混凝土实体结构的感观要优于粉煤灰混凝土，混凝土出现质量缺陷的机率比同时期粉煤灰混凝土要少。但是在路面、特殊环境等混凝土工程中，石灰石粉取代粉煤灰这一技术还需要大量的试验和工程中的应用来验证。参照本地区材料质量、价格差异及成本（石灰石粉价格略高于粉煤灰），考虑到低强度等级混凝土（如 C20 及以下强度）使用结构部位的非重要性及成本问题，合理使用石灰石粉取代粉煤灰，缓解了近年来矿物掺合料供应紧张这一不利局面，结合地区混凝土现状和工程特点，以保证质量，降低成本为原则，使现代混凝土工程更绿色、更耐久。