浅谈石灰石粉对碾压混凝土力学性能和耐久性能的影响

赵 哲 马志广

(1.石家庄滹沱新区投资开发有限公司，河北石家庄 050800; 2.南水北调中线干线工程建设管理局河北直管建管部，河北石家庄 050035)

浅谈石灰石粉对碾压混凝土力学性能和耐久性能的影响

赵 哲1马志广2

(1.石家庄滹沱新区投资开发有限公司，河北石家庄 050800; 2.南水北调中线干线工程建设管理局河北直管建管部，河北石家庄 050035)

石粉作为碾压混凝土材料的新组分，符合绿色混凝土的发展思路，其作用越来越受到人们的重视。本文通过内掺法研究不同掺量的石灰石粉对碾压混凝土力学性能和耐久性能的影响。结果表明，适宜的石灰石粉掺量对改善碾压混凝土的工作性能作用明显;石灰石粉与水泥二次反应效果良好，同时密度比水泥低，对提高碾压混凝土的早期抗压强度、极限拉伸值和降低静力抗压弹性模量具有明显优势;石灰石粉的加入对碾压混凝土抗渗性能无不利影响;过量的石灰石粉掺量会降低混凝土的抗冻性能。

石灰石粉;碾压混凝土;工作性能;力学性能;耐久性能

碾压混凝土是一种干硬性贫水泥的混凝土，碾压混凝土筑坝技术是世界筑坝史上的一次重大技术创新，其主要施工过程为混凝土入仓，薄层铺筑、碾压。与普通常态混凝土相比，碾压混凝土具有机械化程度

高、成本低、施工工期短等优点。碾压混凝土坝体积较大，大量地掺用掺和料对减缓水化热温升、减少温度裂缝具有重要作用。在水工混凝土中常用的掺和料有粉煤灰、高炉矿渣粉、硅粉等，而粉煤灰在水工混凝土用掺和料中一直处于主导地位。近年由于大量水利工程及房建工程的开工，导致粉煤灰、矿粉、硅粉等掺和料货源紧缺，价格上涨。本着节约资源、变废为宝、保护环境和可持续发展的思路，探索研究新型掺和料已然成为混凝土技术发展的必然趋势。在我国，有大量的采石场，不管是生产石材工艺品、石质板材或是生产混凝土用粗细骨料时，都会产生大量的石粉。在国内石粉是指经加工后粒径小于0.16mm的细微岩石颗粒，而国外则指小于0.075mm的颗粒，石粉作为掺和料在碾压混凝土中的应用越来越受到人们的重视［2］。石灰石是生产水泥的重要原料，使用石灰石粉与水泥具有良好的复合效果。使用石灰石粉作为碾压混凝土的掺和料，既可变废为宝，有利于保护环境减少粉尘堆放，又具有良好的应用前景和经济效益。本文通过内掺法研究了不同掺量的石灰石粉对碾压混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响，希望能对石灰石粉作为掺和料在碾压混凝土中的应用起到一定的参考作用。

1 试验原材料及配合比

1.1 试验原材料

水泥:采用P.O42.5水泥，其主要性能见表1。石灰石粉:密度2700kg/m3，需水量比95%，其化学成分见表2。细骨料:采用天然河砂，表观密度2640kg/m3，细度模数2.77。粗骨料:采用天然卵石，粒径分别为5～20mm、20～40mm，表观密度2670kg/m3，压碎指标6.6%。外加剂:采用Gk—4A固状缓凝高效减水剂和GK—9A固状引气剂。

表1 水泥的主要物理性能

表2 石灰石粉的化学成分 单位:%

1.2 试验配合比

试验采用内掺法，以石灰石粉替代不同掺量的水泥然后按表3的配合比成型混凝土试件。试验以R0为基准配比，通过改变石灰石粉掺量，研究石灰石粉对碾压混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响。

表3 混凝土配合比 单位:kg·m－3

2 石灰石粉对碾压混凝土工作性能的影响

碾压混凝土工作性能按《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2000)进行测试。不同石灰石粉掺量的碾压混凝土VC值结果如图1所示。

图1 石灰石粉掺量对碾压混凝土工作性能的影响

从图1可以看出，掺入石灰石粉后，碾压混凝土拌和物的VC值出现降低的趋势，但随着掺入量的增加降低幅度减小。不掺石灰石粉时R0配比的VC值为8s，当掺入石灰石粉时，配比R1、R2、R3、R4都降至5s以内，说明石灰石粉具有固体减水剂的作用，适当的石灰石粉对改善碾压土的工作性能有益。

VC值的大小是决定碾压混凝土可碾性和层间结合技术的关键。随着石灰石粉的加入，碾压混凝土液化泛浆时间缩短有利于碾压混凝土的层间结合，这主要是由于石灰石粉的密度低于水泥密度。采用等量替代法大大提高了碾压混凝土中浆量的体积，同时提高了浆砂比。同时，把混凝土看作是一个连续的颗粒堆积体，石灰石粉中的细颗粒对碾压混凝土起到级配微调作用，从而改善碾压混凝土的工作性能［3］。

3 石灰石粉对碾压混凝土力学性能的影响

碾压混凝土抗压强度、静力抗压弹性模量和极限拉伸值按《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)进行测试。不同掺量石灰石粉碾压混凝土的不同龄期抗压强度见图2，静力抗压弹性模量及极限拉伸见表4。

图2 不同掺量石灰石粉碾压混凝土不同龄期抗压强度影响

表4 不同掺量石灰石粉碾压混凝土静力抗压弹性模量与极限拉伸值

由图2可以看出，配比编号为R1和R2的7d强度比基准配比R0强度高，28d时虽仍有提高但提高幅度不太明显，到了90d强度基本接近;配比编号R3和R4的早期强度和后期强度均比基准配比强度低。说明:当石灰石粉的掺量不超过20%时可提高碾压混凝土早期抗压强度，对碾压混凝土后期强度无不利影响;当石灰石粉的掺量超过20%时，随着其掺量加大，碾压混凝土各个龄期强度降低。同时，从表4中可知，随着石灰石粉掺量的增加，碾压混凝土的静力抗压弹性模量出现先降低后增加的趋势，而碾压混凝土的极限拉伸值则出现与其相反的趋势，即先增加后降低。这表明适当石灰石粉掺量对防止碾压混凝土坝的裂缝是十分有利的。

混凝土可以视为连续的颗粒堆积体，石灰石粉的细度比水泥小，石灰石粉的细粉分散在水泥颗粒之间，起分散剂的作用，可以对碾压混凝土进行级配微调，使碾压混凝土内部更加密实。同时在水化早期，有大量的网状C—S—H生成，石灰石粉的支点咬合作用有利于水化物产生，从而加速了C3S的水化［4］，这种作用在早期十分明显，故一定量的石灰石粉可提高碾压混凝土的早期强度，但随着掺量的增加，混凝土内部参与水化反应的水泥越来越少，从而影响了碾压混凝土的强度。由于石灰石粉的等量替代提高了碾压混凝土的浆砂比，降低了碾压混凝土的VC值，从而起到提高碾压混凝土极限拉伸值、降低碾压混凝土静力抗压弹性模量的效果。

4 石灰石粉对碾压混凝土抗渗性能的影响

碾压混凝土抗渗性能按《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)采用逐级加压法进行测试，抗渗等

级以每组6个试件中2个出现渗水时的最大水压力表示。抗渗等级按公式:W=10H-1计算。分别对5组试件90d龄期进行抗渗实验得出如下结果:R0试件的抗渗等级大于W10;R1、R2、R3、R4试件的抗渗等级均大于W12。

碾压混凝土的抗渗性能是指碾压混凝土抵抗压力水渗透的能力，碾压混凝土的密实程度决定了其抗渗性能的高低，随着石灰石粉的掺入，碾压混凝土抗渗性能有一定程度的提高，这是由于石灰石粉的掺入起到了微填充的作用，阻断了碾压混凝土内部的毛细通道，提高了碾压混凝土的密实度，进而提高了碾压混凝土的抗渗性能。

5 石灰石粉对碾压混凝土抗冻融性能的影响

碾压混凝土工作性能按《水工混凝土试验规程》(DL/T 5150—2001)进行测试。不同石灰石粉掺量的碾压混凝土90d龄期200次快速冻融结果见表5。

表5 混凝土200 次快速冻融试验结果

从表5中可以看出，随着石灰石粉掺量的增加，碾压混凝土的质量损失率增加，相对动弹模量降低。当石灰石粉掺量不超过20%时，碾压混凝土试件可达到200次冻融循环;当掺量达到30%时，只能达到150次冻融循环;当掺量达到40%时，只能勉强达到100次冻融循环。

碾压混凝土抗冻性能的好坏与碾压混凝土用原材料、碾压混凝土内部的孔结构及碾压混凝土密实程度等因素有关系。目前常用的方法是提高碾压混凝土的密实度和掺加引气剂。由于石灰石粉中的细粉颗粒对碾压混凝土有级配微调的作用，在一定程度上提高了碾压混凝土的密实度［5-6］，但随着石灰石粉掺量的增加，碾压混凝土中的含量明显降低，导致其抗冻性能降低。所以，在碾压混凝土中掺入适量石灰石粉，并合理调整引气剂的掺量，仍可保证碾压混凝土具备一定的抗冻融循环能力。

6 结论

a.一定掺量的石灰石粉具有降低碾压混凝土VC值、改善碾压混凝土的工作性能的作用。

b.当石灰石粉的掺量不超过20%时，可提高碾压混凝土早期抗压强度，对碾压混凝土后期强度无不利影响。当掺量超过20%时严重影响碾压混凝土的抗压强度。

c.适当掺量的石灰石粉具有提高碾压混凝土极限拉伸值、降低碾压混凝土静力抗压弹性模量的作用，对防止产生碾压混凝土坝裂缝十分有利。

d.石灰石粉的加入对碾压混凝土的抗渗性能无不利影响。

e.石灰石粉的过量加入会大大降低碾压混凝土的抗冻性能，但若掺量合理并适当调整引气剂的掺量，碾压混凝土仍具有一定的抵抗冻融循环的能力。

石灰石粉作为一种新型掺和料，在碾压混凝土中的应用显得尤为重要，其合理利用具有广阔的应用前景和良好的经济效益，符合变废为宝、节约资源、保护环境的可持续发展的思路。

［1］DL/T 5150—2001水工混凝土试验规程［S］．北京:中国电力出版社，2002．

［2］陈改新，孔祥芝．石灰石粉——一种新的碾压混凝土掺和料［J］．中国水利，2007(21)．

［3］田育功．石粉在碾压混凝土中的作用［J］．青海水力发电，2006(1)．

［4］马烨红，吴笑梅，樊粤明．石灰石粉作掺和料对混凝土工作性能的影响［J］．混凝土，2007(6)．

［5］葛栋．石粉含量对混凝土性能的影响［J］．科技资讯，2010(29)．

［6］郭育霞，贡金鑫，李晶．石粉掺量对混凝土力学性能及耐久性的影响［J］．建筑材料学报，2009(3)．

Discussion on influence of limestone powder on mechanics performance and durability performance of roller compacted concrete

ZHAO Zhe1，MA Zhiguang2
(1．Shijiazhuang Hutuo New Zone Investment and Development Co.，Ltd.，Shijiazhuang 050800，China; 2．South-to-North Water Diversion Mid-line Project Construction Administration Hebei Direct Control Construction Department，Shijiazhuang 050035，China)

Mountain flour，as a new component of RCC materials，is in line with the development concept of green concrete．Its role is more and more emphasized．In the paper，influence of limestone powder in different mixing proportions on roller compacted concrete mechanics performance and durability performance is studied through internal mixing method．The result shows that suitable limestone powder dosage has obvious effects on improving working performance of roller compacted concrete．Secondary reaction effect between limestone powder and cement is excellent．Meanwhile，the density is lower than cement，and it has prominent advantages in improving early compressive strength and ultimate tensile strain of roller compacted concrete value，and lowering static compressive elastic modulus．Limestone powder addition has no adverse influence on anti-seepage performance of roller compacted concrete．Excessive limestone powder dosage can lower concrete antifreeze performance．

limestone powder;roller compacted concrete;working performance;mechanics performance;durability performance

TV431

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1005-4774(2015)05-0030-04