特别策划：石灰石粉在商品混凝土中应用

特别策划：石灰石粉在商品混凝土中应用

编者按：我国商品混凝土产量在近十年期间有了突飞猛进的增长，目前各地已出现原材料紧缺的现象，做为商品混凝土不可缺少的矿物掺合料如粉煤灰、矿粉在一些地区也日益紧缺。石灰石粉目前已成为新型的矿物掺合料，因其容易获得，性价比高等原因在行业内逐渐得到应用。目前已编制的《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》即将在今年下半年发布实施。但石灰石粉也存在活性低、含泥量高等问题，使得其在混凝土中的应用需要通过实践进行验证。本期特别策划希望能邀请相关专家和企业技术人员对石灰石粉的应用提出自己的意见和看法。

张伟（临沂大学建筑学院，副教授）

（1）石灰石粉作为一种产品，质量指标如含水量、细度、碳酸钙含量、泥含量等应该有说明（该限制的指标规范要限制），而且质量指标要稳定；

（2）石灰石粉的掺量多少，要根据具体工程的外在环境、施工部位、耐久性要求等经过试验确定；

（3）石灰石粉，作为掺合料的一种，一般应该与粉煤灰或矿粉双掺，为叠加发挥“形态效应、微集料效应和活性效应”创造条件；

（4）目前市场上出现混凝土“强效剂”、“增效剂”、“增强剂”、“减胶剂”等新型混凝土辅助外加剂，这类外加剂一般都具有激发混凝土掺合料水化的作用，可以考虑掺入以发挥石灰石粉作为新型掺合料的作用；

（5）混凝土实验室，针对新型掺合料石灰石粉，应该多做试验，反复验证，全面考察混凝土长期的力学性能，耐久性能，确保工程质量。

李福平(自贡永利干粉砂浆有限公司，技术经理）

近年来，由于混凝土产量大幅增长及粉煤灰等掺合料的紧缺，磨细石灰石粉在我国混凝土行业中得到应用，《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》的发布使得这一新材料在应用方面得到规范。需要注意的是，石灰石粉需要一定的细度，要使石灰石粉具有较好的活性和经济性，需要将石灰石粉细度控制在一定范围内。比较准确的表示石灰石粉细度的指标是比表面积，试验表明磨细石灰石粉的比表面积宜控制在 600～800cm2/g 内，低于 600cm2/g 则活性太低，这样磨细的石灰石粉具有较好的活性和较低的生产成本。另外在磨细石灰石粉生产过程中还应控制含泥量，应选用洁净的石灰岩进行粉磨，含泥量过高会严重影响混凝土性能，如泥粉吸附外加剂造成混凝土坍落度损失过大，活性下降。在使用过程中还应对进场的石灰石粉进行外加剂适应性试验，防止适应性不好出现质量问题。磨细石灰石粉极易受潮，并且受潮后易结团，不宜储存太长时间。石灰石粉在混凝土中科学、合理地应用，极大地拓展了混凝土掺合料的来源，可以减少水泥用量，实现节能、降耗、低碳和可持续发展。

吴庆嘉（昆山宏基混凝土有限公司，总工程师）

石灰石粉能不能掺入预拌混凝土中？石灰石的主要成分是 CaCO3，其 CaO 含量一般超过 45%，是水泥生产的主要原材料，在生产水泥时 CaCO3分解主要生成硅酸盐矿物。早期水泥厂也有将石灰石粉掺入水泥中。但任何材料的使用都需要在试验的基础上了解其产生的效果及量度。从相关资料试验中我们可以找到石灰石粉单掺可促使其胶材水化加快，当掺量达到 50% 时机理发生改变，影响很大。适量掺入石灰石粉的混凝土早期强度有所提高，而后期强度相差不多或略有提高。由此可推定大体积混凝土并不适宜于多掺石灰石粉。混凝土中掺入粉煤灰的同时适量掺入石灰石粉较为合理。

其二，有试验表明石灰石粉与粉煤灰掺量相同时，其复合胶材的抗压强度高于掺粉煤灰的，但掺量 ≥30% 时水化活性效应低于 1，后期更低，而粉煤灰与石灰石粉复合使用时高于前二者。石灰石粉小掺量对抗折强度影响不大，但随石灰石粉掺量增大抗折强度会明显下降，同时脆性系数也有提高。

其三，达到一定细度少量石灰石粉颗粒与水泥、粉煤灰、外加剂等充分搅匀分散作用下，颗粒粉体之间发生紧密堆积效应和填充效应，可适量减少混凝土用水量，改善混凝土孔结构，使混凝土内部更加密实，这可能是由于石灰石粉改善硅酸钙凝胶 Ca/Si 比，促进了矿物水化机理。

蒋正武（同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室，博士）

石粉是机制砂中粒径小于 0.075mm 的微细颗粒。石粉与泥粉有所不同，它与机制砂为同一母岩，矿物组成相同，是机制砂的一部分。目前，许多工程技术人员对机制砂中的石粉缺乏了解和认识，将石粉和泥粉混为一谈，导致工程上限制或滥用石粉，往往带来非预期效果。因此，正确认识石粉特性是其在混凝土中成功应用的关键。

石粉特性与母岩密切相关。不同母岩制备的石粉特性不一定一样。目前，工程上广泛使用的主要是石灰岩石粉、砂岩石粉等。而玄武岩石粉与石灰岩石粉特性完全不同，因此，在应用中不应简单等同。

一般，适量石粉可以改善混凝土工作性、降低需水量，改善混凝土力学性能，改善混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性能，对混凝土后期收缩具有一定抑制作用等。但一般石粉在混凝土中主要起填充料作用，基本上不参与水泥水化，并且对水化进程影响很小。但当石粉掺量过高时，其对混凝土性能的负面影响就会逐渐显现出来，尤其对力学性能及长期耐久性等。

在实际应用中，控制石粉的品质也是应用的关键技术之一。品质关键参数应控制含泥量、细度等指标是确保其在实际应用中混凝土质量的重要保证。

正确把握石粉这几个方面的特性，是指导其在商品混凝土中合理、正确应用的关键。

田先忠（成都勘测设计研究院科研所，高级工程师）

目前很多工程建设项目受到材料运输成本的限制，在混凝土设计思路上希望使用当地的惰性或者部分活性石粉取代粉煤灰而又必须达到大体积混凝土的施工要求。混凝土中掺入石粉，从某个角度来说相当于提高了人工砂中的石粉含量，无法全部作为胶材使用，石粉只是部分发挥其填充作用。国家标准对拌制混凝土中石粉含量做了严格的限制，含量过多的石粉对混凝土的性能有着不利的影响。

目前从生产机制砂的统计情况来看，未经处理的机制砂石粉含量一般约为 30%～45%，远远大于规范的要求，多余的石粉，要通过筛分和水洗的方式清除，数据显示，美国每年有四十亿吨石粉被堆积在采石场附近，国内虽然没有统计数据，但近年来国内基础建设的大规模推进，随之产生的石粉数目也将达到数十亿/每年的规模，这样大规模的石粉堆积，数量不断增加，久而久之对环境的污染会越来越严重。

《石灰石粉在混凝土中应用技术规范》已经颁布，这将规范石粉在混凝土中的运用技术，但石粉在混凝土中的运用技术仍有几个问题需要进一步探讨：

1 石粉细度的表征方法

一般用细度（45μm 方孔筛筛余）来表征石粉的级配，细度和比表面积存在一定的换算关系，用细度（45μm 方孔筛筛余）来表征对石粉的级配还是存在理论上的缺陷，试验证明，当石粉的比表面积达到一定程度，磨细石粉取代水泥可以达到用 Ⅱ 级粉煤灰取代水泥强度的效果，当石粉细度达到纳米级，材料性能会发生质变。因此，用比表面积来表征石粉的细度更科学。

2 石粉掺量对混凝土抗裂性能的影响

目前国内对石粉材料应用的研究大多集中于对石粉含量限制的挑战，规范更多要求了掺石粉混凝土的强度性能，对抗裂性能的要求明显不足，石粉在混凝土中的应用，最大的问题是会降低混凝土的抗裂性能，如极限拉伸值下降幅度较大，弹性模量提高较多。大体积混凝土设计应当将抗裂性能作为第一指标考虑，硅粉给定的石粉最大掺量为 30%，通过混凝土试验，对抗裂性能的影响太大。目前，鲜有大体积混凝土掺加 30% 石粉的工程应用案例。

3 石粉的表面改性

表面改性技术是采用化学的、物理的方法改变材料表面的化学成分或组织结构以提高材料性能的一类处理技术。表面改性主要有四种方法：机械力化学改性、包膜法、偶联剂法和无机纳米包覆改性法。

目前，很多商品混凝土工厂将石粉和硅粉在球磨机混磨后取代粉煤灰使用，利用机械力将两种材料表面“融化”而合成，就是机械力化学改性方法的原始做法，虽不规范但使用效果明显。

石粉表面改性将对石粉在混凝土中的应用起到革命性的推动作用，对石粉赋予部分表面作用，例如表面的微活性、表面的亲水性、表面的粘结性或颗粒激发作用等，可以达到改性石粉作为胶材使用的目的，对提高混凝土的密实性、力学性能，降低水化热温升、提高抗裂性能是有利的。

根据技术的发展和工程需求，进一步研究《改性石粉应用技术规范》是非常有必要的。

刘娟红（北京科技大学，教授）

石灰石粉作为混凝土掺合料，有其重要的特点：其一，较纯的石灰石粉（粘土含量低、碳酸钙含量较高），需水量比低，可以大大降低混凝土单位体积用水量；其二，较细的细度，在混凝土中能更好的发挥微集料效应；其三，可以大幅度降低高强混凝土的粘性，降低泵送压力，提高可泵性。评价石灰石粉质量的好坏，首先应看其亚甲蓝值（MB值），MB 值小，粘土质含量少，吸附性能小。

有人认为：应限制石灰石粉使用。理由是：石灰石粉活性低且会导致碳硫硅钙石的生成和腐蚀。笔者的观点如下：

1 活性的问题

长期以来很多人致力于对提高矿物掺合料“活性指数”以及开发“活性激发剂”，过去这样做可以理解，如果现在还这么认为则说明对现代混凝土胶凝材料活性认识方面存在一定的误区。

二十多年前，我国的水泥活性低，混凝土的水灰比又较大，因此使用掺合料就需要关心其活性大小。如今的情况已发生了很大的变化。一方面，水泥活性的大大提高，粉磨细度高、又增加了早强成分，导致在较低水胶比时水泥用量高的混凝土 28d 后的强度不增长或倒缩现象。另一方面，由于高效减水剂等化学外加剂和矿物掺合料日益广泛地应用，大幅度降低混凝土水胶比，以获得工程所要求的早期强度已经不是什么难题，但这类混凝土早期开裂敏感度很大，工程中早期开裂的现象比比皆是。

高细度、低活性的石灰石粉属于活性低的掺合料，可以减小温度应力，改善混凝土早期开裂敏感度。其颗粒比水泥颗粒小，具有良好的形态效应和填充效应，表面光滑的石灰石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，起到分散作用，促使水泥颗粒的解絮；同时部分水泥被取代，水泥的用量降低，整个体系反应速度也随之减缓，因此工作性能得到改善，减小了坍落度的损失。石灰石粉填充在水泥颗粒之间，改善了胶凝材料的颗粒级配；另外填充在界面的空隙中，使水泥石结构和界面结构更为致密，提高了水泥石强度和界面强度。

因此，在选用掺合料时不要过分强调“活性指数”，应根据混凝土的强度等级、水胶比、结构尺寸来选用掺合料。在矿物掺合料的发展方向上应走出“活性指数”的误区，根据需要，选择具有不同潜在活性的矿物掺合料。

2 石灰石粉导致碳硫硅钙石的生成和腐蚀问题

本世纪初有专家引入了有关混凝土碳硫硅钙石硫酸盐侵蚀病害的新的理念，后来证实了在中国的广大土地上也存在这一混凝土病害。由于我国碳酸岩石（石灰岩，白云岩）分布广泛，于是在沿海和西部干旱盐碱地区，地下水或土壤富含硫酸根时，就可能发生此类病害。

碳硫硅钙石形成条件：

（1）存在硅酸钙，如 C3S 或C2S。存在硫酸钙，如石膏、半水石膏或无水石膏。（2）存在碳酸钙、方解石。（3）充足的水。（4）长期低温，低于 10℃，特别是0～5℃。

长期低温硫酸盐环境中可能发生碳硫硅钙石型腐蚀。这一腐蚀的发生也是有条件的，利用品质良好的石灰石粉作为合料的混凝土水化温升低、用水量低、收缩小，混凝土抗裂性较好，尤其在低水胶比下此类反应发生的风险不大。

笔者在高校 2 年针对 10% 硫酸镁溶液浸泡相关试验表明：在水胶比小于 0.4，石灰石粉掺量 20% 的混凝土试块发生了以石膏侵蚀为主导的破坏，没有发生碳硫硅钙石型硫酸盐侵蚀。

我们一方面应该注意不断深入研究这种侵蚀发生的条件；另一方面也应该意识到在现代混凝土技术条件下这种腐蚀发生的概率非常低，不应该谈虎色变，我国目前发现的此类工程病害极少，且不是近年的建设项目。不宜依据一些实验室的实验结论就在标准、规范中过度防范。就像碱骨料反应那样，导致工程界的同仁质问：“碱骨料病害呀，你在哪里？”这样做不利于资源合理利用。在资源压力越来越大的形势下，我们不能总是“纸上谈兵”！

当然，我们必须认识到并不是所有的石灰石粉都具有明显的减水和分散效果，例如：氧化镁含量较高的白云岩，这样的石灰石粉并不是不可以用，只不过技术效果与Ⅱ级粉煤灰相当。

邓春林（重庆拉法基智深混凝土有限公司，工程师）

（1）石灰石粉活性与细度的关系、细度与成本的关系

研究表明，要使石灰石粉具有较好的活性和经济性，需要将石灰石粉细度控制在一定范围内。比较准确的表示石灰石粉细度的指标是比表面积，试验表明，当磨细石灰石粉的比表面积低于 600cm2/g 时，其活性会呈现直线下降；而当磨细石灰石粉比表面积大于 900cm2/g 后，其活性增长非常微弱，同时粉磨石灰石粉的电耗会急剧上升，导致生产成本大幅增加。因此磨细石灰石粉的比表面积宜控制在600～900cm2/g 内，这样磨细石灰石粉既具有较好的活性也具有较低的生产成本，也就具有了一定的经济性和使用价值，能够应用于混凝土中，降低混凝土成本和提高混凝土性能。对于外购磨细石灰石粉的商品混凝土企业来说，在材料购买合同中就一定要约定一些重要的质量指标，其中石灰石粉的细度就是非常重要的一项指标，它关系到混凝土成本和质量，如果细度达不到要求，最终会影响混凝土的一系列性能；对于自行生产磨细石灰石粉的商品混凝土企业来说，对细度的控制就比较方便了，综合考虑生产成本来确定最佳的细度，如果在进行粉磨的时候产生了粘球等现象还可以掺入一定量的粉煤灰来改善。

（2）磨细石灰石粉中泥粉含量对石灰石粉活性的影响

如果在磨细石灰石粉的生产过程中带入了泥土，就会使得石灰石粉含泥量过大，极大地影响石灰石粉的活性以及混凝土的性能，如泥粉吸附外加剂造成混凝土坍落度损失过大，混凝土强度因石灰石粉含泥量大而下降，混凝土耐久性也会受到较大的影响。因此，在石灰石粉生产过程中，应该先将石灰岩中的泥土和杂质去除，再进入磨机内进行粉磨，这样生产出来的磨细石灰石粉才可能具有较高的品质。

目前对于磨细石灰石粉内泥粉含量还没有一个较为准确的方法进行测定，比较通行的做法是参考人工砂亚甲蓝试验，使用亚甲蓝试剂对石灰石粉的含泥量进行判定，可以考虑按人工砂试样质量的 10%～15% 做为石粉试样的质量，这样结果才有参考作用，因为在做人工砂亚甲蓝试验时人工砂的石粉含量通常在 10%～15% 内，如果称取和人工砂同样质量的石灰石粉进行亚甲蓝试验试验时，加入很多亚甲蓝指示剂也不出现色晕，结果将难于判定准确。

（3）石灰石粉混凝土长期体积稳定性

由于磨细石灰石粉细度比水泥还大，加入石灰石粉后，混凝土早期放热速率加快，增加了混凝土因温度应力而产生裂缝的风险。目前石灰石粉应用于混凝土中的行业标准已经制定，但是由于还缺乏对石灰石粉混凝土长期体积稳定性的相关研究，因此，在石灰石粉应用时还是应当注意使用范围，不宜用于重要工程或重要结构部位，而从非结构部位开始应用，避免对混凝土结构耐久性产生不利影响的风险。

（4）石灰石粉在混凝土生产中的一些问题分析

磨细石灰石粉极易受潮，并且受潮后易结团，在筒仓内造成空拱现象，难以进入螺旋输送机，影响混凝土生产速度，因此必须严格控制石灰石粉在进入筒仓时的含水量，在进入筒仓后不宜贮存太久，应尽快使用。对于掺磨细石灰石粉的混凝土生产质量控制来说，应该要注意几点：一是混凝土坍落度损失问题，需要提高混凝土坍落度以及坍落度经时损失的检测频率，并定期进行外加剂与磨细石灰石粉的适应性试验，防止因适应性出现问题造成混凝土坍落度经时损失过大，无法正常进行混凝土浇筑，甚至导致质量问题；二是要多留置不同龄期的试件，掌握混凝土强度发展规律，及时进行配合比调整；三是对使用人工砂配制混凝土掺入磨细石灰石粉时，更应该注意人工砂中石粉与磨细石灰石粉叠加对混凝土性能的影响。