石灰石粉在自密实混凝土中的应用综述

2016-03-12杨海涛中山市东峻混凝土有限公司

广东建材 2016年1期

杨海涛（中山市东峻混凝土有限公司）

石灰石粉在自密实混凝土中的应用综述

杨海涛
（中山市东峻混凝土有限公司）

【摘要】随着现代建筑科技的发展，自密实混凝土的应用范围不断扩大，对其自身的成本和性能也提出了更高的要求。矿物掺合料是现代混凝土不可缺少的组分之一。本文主要介绍了石灰石粉的性能要求、掺石灰石粉自密实混凝土配合比设计中的注意问题以及其对自密实混凝土性能的影响。

【关键词】石灰石粉；自密实混凝土；工作性；力学性能；收缩性能；耐久性

1　引言

混凝土是当今世界上用量最大、应用范围最广的建筑材料。随着现代建筑科技的发展和人们对建筑的使用功能的要求日益提高，新型、异型结构和高层超高层建筑越来越多，对现代建筑的设计和施工技术提出了更高的要求。新型高性能混凝土材料不断出现，如彩色混凝土、生态混凝土、透光混凝土、自密实混凝土、导电混凝土等。

自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称SCC）是指具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在重力作用下流动并充满模板空间的混凝土（JGJT 283-2012《自密实混凝土应用技术规程》）。自密实混凝土拌合物具有高可施工性，硬化混凝土具有良好的力学性能和耐久性，其应用范围不断扩大。为了提高混凝土的工作性自密实混凝土的胶凝材料用量较多，不仅造成资源的浪费，而且较高的活性胶凝材料用量还会影响硬化混凝土的体积稳定性和耐久性。相关研究表明，采用惰性（或半惰性）矿物掺合料取代部分活性胶凝材料的措施来增加混凝土中的浆体量，增加或者改善自密实混凝土的工作性是可行的。

磨细石灰石粉被用作混凝土掺合料在国外一些发达国家已较为普遍。日本把磨细石灰石粉广泛地应用于喷射混凝土、高流动性混凝土和自密实混凝土中，取得了良好的效果。随着国民经济的快速发展和基础设施建设的大规模开展，粉煤灰、矿渣粉等传统矿物掺合料在一些地区日益紧缺。而石灰石粉作为容易获取、质优价廉的新型矿物掺合料已经逐步得到应用。为了指导和规范石灰石粉在混凝中的应用，中华人民共和国住房和城乡建设部于2014年发布了《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》（JGJT 318-2014）。研究磨细石灰石粉在自密实混凝土中的应用不仅可以降低混凝土生产成本、降低能耗，而且有利于保护环境，对于混凝土产业的可持续发展具有重要的现实意义[1,2]。

2　石灰石粉的性能要求

《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》（JGJT 318-2014）中对石灰石粉的定义为：以一定纯度的石灰石为原料，经粉磨至规定细度的粉状材料。石灰石粉在混凝土应用中应主要检测碳酸钙含量、细度、活性指数、流动度比、放射性等指标。当石灰石粉用于有碱活性骨料配制的混凝土时，应加强对碱含量的控制。石灰石粉质量要求为：碳酸钙含量（wt.%）>75%、细度（45um方孔筛筛余，wt.%）<15%、7d和28d活性指数>60%、流动度比>100%。放射性核素限量应符合现行国家标准《建筑材料放射性核素限量》GB 6566的规定。在实际应用中，可以测试石灰石粉的比表面积和采用激光粒度分析仪测试石灰石粉的粒径分布为自密实混凝土的配合比设计提供数据支持。石灰石粉中的杂质含量（尤其是含泥量）对混凝土的工作性能、力学性能和耐久性等均有重要影响。因此，石灰石粉应用中应加强对杂质含量的检测，采用纯度较高的石灰石粉。

3　掺石灰石粉自密实混凝土配合比设计中应注意的问题

掺石灰石粉自密实混凝土配合比设计应按照《自密实混凝土应用技术规程》（JGJT 283-2012）和《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》（JGJT 318-2014）进行。同时，应注意以下几点：

⑴石灰石粉在自密实混凝土中的掺量应通过试验确定，力学性能和耐久性应满足结构设计和所处环境等的要求，特别是在冻融环境和硫酸盐侵蚀环境；

⑵为了保证混凝土质量，复合掺合料中石灰石粉的掺量不应超过单掺时的最大掺量。同时，为改善混凝土性能宜与粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料复掺使用；

⑶配合比设计时，应将石灰石粉用量计入胶凝材料用量；

⑷在混凝土配合比水胶比计算中，胶凝材料28d胶砂抗压强度值宜根据试验确定；

⑸掺石灰石粉自密实混凝土宜采用较低的水胶比，以保证其力学性能和耐久性；

⑹外加剂应根据石灰石粉的性能进行合理的调整，以满足自密实混凝土的配制要求。

⑺在混凝土施工前，应采用设计配合比进行试生产并对配合比进行相应的调整。

4　石灰石粉对自密实混凝土性能的影响

相关研究及工程实践表明，适宜的石灰石粉掺量有利于改善新拌混凝土性能，降低混凝土水化热，减小混凝土收缩，降低大体积混凝土开裂的风险，对混凝土强度及耐久性影响不大，石灰石粉掺量过大则会对混凝土的强度及抗冻性、抗硫酸盐侵蚀等耐久性能及体积稳定性等产生较大影响。

曹鹏飞[1]等人的研究表明：石灰石粉可以明显改善自密实混凝土的流动性、保水性和粘聚性，提高可施工性；石灰石粉的掺量对混凝土的弹性模量和劈拉强度影响较大；石灰石粉作为一种低活性材料，其掺量以13% ～18%为宜，可以通过降低水胶比或者与粉煤灰、矿渣微粉等矿物掺合料复掺来提升混凝土性能；石灰石粉可以降低混凝土的自收缩，28d自收缩不超过0.03%，较对比组混凝土降低约70%；在相同水胶比的前提下，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土力学性能和抗氯离子渗透能力逐渐降低。

聂虎等人的研究表明：适量超细石灰石粉的掺入可以改善高强自密实混凝土和易性，降低其屈服应力和塑性粘度。同时，可以降低混凝土流动性的经时损失，这一改善作用随着石灰石粉细度的提高而越来越明显；超细石灰石粉掺量较低时对混凝土抗压强度影响不大，但掺量较大时对混凝土强度有不利影响。超细石灰石粉可以降低高强自密实混凝土早期自生体积变形，随着掺量的增加，该作用越明显，最高可降低混凝土自收缩17%[3～6]。

南峰[7]等人的研究表明：适量石灰石粉的掺入可以改善自密实混凝土的工作性、力学性能（特别是提高混凝土的早期强度）和耐久性；石灰石粉替代粉煤灰的掺量以掺合料总量的20%为宜，掺量过大会对混凝土的耐久性产生不利影响。在水灰比相同的条件下，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土力学性能和抗氯离子渗透性能逐渐降低。

杨欣[8]等人的研究表明：石灰石粉作为矿物掺合料使用时，自密实混凝土有较好的工作性和耐久性，可用于中低强度等级的自密实混凝土；随着石灰石粉取代粉煤灰量的增大混凝土力学性能逐渐降低，尤其是后期强度；随着石灰石粉取代矿渣粉量的增大混凝土耐久性指标（抗氯离子渗透性能和抗冻性能）逐渐降低，以混凝土抗冻性能为例，最高降低程度为33%。

陈剑雄[9]等人研究了超磨细锂渣、石灰石粉复合掺合料对自密实混凝土工作性和强度的影响。在锂渣掺量为15%时，掺加20%以上石灰石粉可以改善自密实混凝土工作性，但混凝土早期强度增长较慢，后期强度与对比混凝土相当。石灰石粉掺量高达30%时，仍可以配制出高强自密实混凝土。锂渣与石灰石粉复掺时,能置换45%的水泥，单方混凝土水泥用量仅330kg，且混凝土能达到C80以上高强自密实混凝土的水平。

崔玉亮[10]等人的研究表明：随着石灰石粉的比表面积从3500cm2/g增加到7000cm2/g，自密实混凝土在不同龄期的强度均有所增加，表明石灰石粉细度对混凝土强度有一定程度的影响；随着石灰石粉掺量的增加，自密实混凝土强度表现出先增加后减小的规律；石灰石粉掺量的合适范围在10%左右，在此掺量范围内自密实混凝土具有较好的工作性能及力学性能。

武会强[2]结合固定砂石体积法提出了基于砂浆流动性能的低强自密实混凝土配合比设计方法，研究了石灰石粉掺量与自密实混凝土强度之间的关系，二者之间表现出明显的线性关系，相关系数在0.95以上。随着石灰石粉掺量的增加，自密实混凝土的抗碳化性能和抗氯离子渗透性能逐渐变差。压汞（MIP）分析结果表明，自密实混凝土随着石灰石粉掺量的增加，中值孔径逐渐增大，多害孔和有害孔的数量逐渐增加，无害孔和少害孔的数量大致呈现逐渐减少的规律，表明随着石灰石粉掺量的增加混凝土的孔结构呈现出劣化程度逐渐增大的规律，这也与耐久性试验结果相吻合。

王成启[11～13]等人开展了石灰石粉对海工自密实高性能混凝土性能影响的研究，相关研究结果表明：石灰石粉和粉煤灰的掺入有利于降低自密实混凝土的早期自收缩和干燥收缩，有利于提高自密实混凝土的抗裂性。

在石灰石粉和粉煤灰总掺量在40%的前提下，掺入10%～30%的石灰石粉自密实混凝土具有较高的流动性、填充性和抗离析性等性能，满足自密实混凝土的施工要求；同时，混凝土具有较高的抗压强度和抗氯盐侵蚀性能，56d电通量小于1000C，90d氯离子扩散系数小于1.5×10-12m2/s，满足海洋环境下混凝土抗氯盐侵蚀性能要求。

石灰石粉、粉煤灰和矿渣粉的掺入可以有效降低自密实混凝土的水化热和绝热温升最高温度。粉煤灰和矿渣粉复掺、矿渣粉与石灰石粉复掺效果较好，早期水化较低，7d的绝热温升低于50℃，有利于大体积混凝土的温度裂缝控制。

5　结语

石灰石粉来源广泛、可加工性好、价格相对较低，在混凝土中应用不仅可以改善混凝土性能，而且可以降低能耗、减少环境污染，具有良好的经济和社会效益，有利于混凝土产业的持续健康发展。石灰石粉可以明显改善自密实混凝土的工作性，提高混凝土的抗裂性，降低自密实混凝土的生产成本，解决高流动性带来的高胶凝材料用量和混凝土强度偏高及抗裂性差之间的矛盾。但在冻融环境和硫酸盐侵蚀环境下，石灰石粉的掺量应经相关试验验证。掺石灰石粉自密实混凝土配合比设计时应进行适当的调整。石灰石粉活性相对较低，混凝土强度早期较低，应适当延长掺石灰石粉混凝土的保湿养护时间。

【参考文献】

[1]曹鹏飞,秦鸿根,庞超明.掺石灰石粉自密实混凝土性能的研究[J].施工技术,2005,34（S1）：35-38.

[2]武会强.石灰石粉低强自密实混凝土及其耐久性研究[D].[硕士学位论文].北京:北京工业大学,2012.

[3]聂虎.超细石灰石粉高强自密实混凝土的制备[J].商品混凝土,2015（02）：33-35.

[4]Hedda Vikan,Harald Justnes.Rheology of cementitious paste with silica fume or limestone[J].Cement and Concrete Research，2007(37):1512-1517.

[5]李晶.石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究[D].[硕士学位论文].大连:大连理工大学,2007.

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[7]南峰.石灰石粉对自密实泵送混凝土性能的影响[J].混凝土2012（12）:91-93.

[8]杨欣,马雪英,吕兴国.石灰石粉在自密实混凝土中应用的研究[J].混凝土世界,2011(07):66-68.

[9]陈剑雄,祝战奎,陈鹏,李文婷.锂渣、石灰石粉自密实高强高性能混凝土研究[J].施工技术,2007,36(04):52-54.

[10]崔玉亮，陈健民，王子龙.石灰石粉对自密实混凝土性能的影响[J].低温建筑技术，2013（08）:21-22.

[11]王成启,张悦然.复掺粉煤灰与石灰石粉海工自密实高性能混凝土试验研究[J].中国港湾建设,2012（01）:19-22.