不同比表面积石灰石粉掺合料对C 20～C 60混凝土性能影响的试验研究

冯涛涛，任慧超，贾林，张凯峰，赵世冉

（1.中建西部建设北方有限公司，陕西 西安 710116；2.西安宁众实业有限公司，陕西 西安 710018）

不同比表面积石灰石粉掺合料对C 20～C 60混凝土性能影响的试验研究

冯涛涛1，任慧超1，贾林2，张凯峰1，赵世冉1

（1.中建西部建设北方有限公司，陕西 西安 710116；2.西安宁众实业有限公司，陕西 西安 710018）

本文采用不同比表面积石灰石粉作掺合料进行混凝土性能试验研究，结果表明，采用比表面积400m2/kg

石灰石粉替代粉煤灰，掺量低于 80% 时， C20～C60 混凝土强度可满足施工要求。采用比表面积600m2/kg 石灰石粉替代粉煤灰，在掺量低于 80% 时， C50～C60 混凝土强度可满足施工要求，在掺量达到 80%～100% 时，C30、

C40 混凝土可满足施工要求。

石灰石粉；混凝土；物理性能；力学性能

0 前言

随着城市发展和环境治理力度的加强，混凝土用优质掺合料资源日益减少[1]。石灰石粉是混凝土用矿物掺合料之一，GB/T 51003－2014《矿物掺合料应用技术规范》和 JGJ/T 318－2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》都对石灰石粉的技术指标做了详细的规定。然而长期以来，石灰石粉并未在混凝土中大量使用，原因之一就是石灰石粉来源不稳定，多数由矿山开采的边角料粉磨而成，质量波动大，易造成混凝土质量波动[2-4]。研究表明，石灰石粉可以改善混凝土的各项性能，但钙含量低、品质差的石灰石粉，将会对混凝土强度、施工性能和耐久性能带来不良影响。因此，本文通过引进石灰石粉进行混凝土试验研究，确定石灰石粉作掺合料对混凝土性能的影响规律，进而高效利用石灰石粉，改善混凝土和易性、强度、施工性和耐久性的同时，可以实现石灰石粉的有效利用、具有良好的经济效益和环境效益[5-7]。

1 试验

1.1 原材料

水泥采用 P·O42.5 水泥，主要物理性能指标见表1。

表1 水泥物理性能指标

粉煤灰采用 II 级粉煤灰，细度 19.5%，烧失量61%。

矿粉为 S95 级矿粉，7d、28d 活性指数分别为 81%和 98%。

石灰石粉磨细比表面积分别为 400m2/kg 和600m2/kg，化学成分见表 2。

外加剂采用高性能聚羧酸减水剂。

细集料采用河砂，细度模数 2.6；粗集料采用5～31.5mm 连续级配卵石或碎石。

表2 石灰石粉化学成分 %

1.2 试验方法

试验采用两种比表面积石灰石粉分别替代C20～C60 混凝土中粉煤灰进行混凝土物理力学性能研究，其中石灰石粉替代粉煤灰量分别为 60%、80%、100%。混凝土物理力学性能试验依据 GB/T50080－2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》和 GB/T 50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行，混凝土配合比见表 3 所示。

表3 不同强度等级混凝土配合比 k g/m3

2 试验结果与讨论

2.1 工作性能试验结果

不同比表面积石灰石粉替代粉煤灰对 C20～C60 混凝土扩展度影响如下表 4 和图 1、图 2 所示。其中，C20～C40 混凝土采用卵石和普通外加剂，C50 和 C60混凝土采用碎石和专用高强外加剂。

由图 1、图 2 可知，C20～C40 混凝土扩展度随石灰石粉替代量的增加呈降低趋势，而 C50、C60 混凝土扩展度随石灰石粉替代量的增加呈增加趋势，这是因为相比 C20～C40 混凝土，C50、C60 混凝土中粉煤灰总量较低，进一步说明石灰石粉替代粉煤灰后易降低混凝土扩展度。另外，当 C40 混凝土中石灰石粉掺量达 40%时，混凝土扩展度达到最大值，当比表面积 600m2/kg石灰石粉掺量达到 80% 时，混凝土扩展度达到最大值，表明石灰石粉在合适的掺量下可以起到改善混凝土和易性的作用。对比 C30 混凝土扩展度变化可知，采用比表面积 600m2/kg 石灰石粉的混凝土呈增长趋势，而采用比表面积 400m2/kg 石灰石粉则呈降低趋势，表明比表面积 600m2/kg 石灰石粉对混凝土和易性的改善作用优于比表面积 400m2/kg 石灰石粉。这是因为石灰石粉颗粒表面光滑，密度低于水泥，在胶凝材料总量不变的情况下，增加了混凝土浆体的含浆量，提高了混凝土的包裹性，并且，相比之下，比表面积 600m2/kg 石灰石粉颗粒更细，分散在水泥颗粒之间，更易置换出填充于空隙中的水，起到减水的作用，从而提高混凝土的流动性。

表4 不同比表面积石灰石粉混凝土扩展度

图1 比表面积 400 m2/k g 石灰石粉混凝土扩展度

图2 比表面积 600 m2/k g 石灰石粉混凝土扩展度

2.2 力学性能试验结果

不同比表面积石灰石粉替代粉煤灰对 C20～C60 混凝土 7d、28d 抗压强度影响如表 5 所示。

表5 不同比表面积石灰石粉混凝土抗压强度

由图 3 和图 5 可知，C20、C30 混凝土 7d 强度随石灰石粉掺量的增加呈增加的趋势，C40～C60 混凝土7d强度随石灰石粉掺量的增加呈降低的趋势，表明石灰石粉对 C30 以下强度等级混凝土早期强度影响较小，但对 C40 以上强度等级混凝土早期强度影响较大。另外，C30 混凝土在石灰石粉 80% 掺量下，C40 混凝土在石灰石粉 100% 掺量下，C50 混凝土在石灰石粉 60% 掺量下，C60 混凝土在石灰石粉 60% 掺量下，7d 抗压强度分别接近或超过 30MPa、40MPa、50MPa 和 60MPa，表明石灰石粉在合适的掺量下可以提高混凝土的早期强度。

图4 和图 6 的试验结果表明，石灰石粉在合适的掺量下，可以满足 28d 强度要求，其中，比表面积400m2/kg 石灰石粉掺量低于 80% 时，C20～C60 混凝土强度可满足施工要求，比表面积 600m2/kg 石灰石粉在掺量低于 80% 时，C50～C60 混凝土强度可满足施工要求，在掺量达到 80%～100% 时，C30、C40 混凝土可满足施工要求。

图3 比表面积 400 m2/k g 石灰石粉混凝土 7 d 强度

图4 比表面积400 m2/k g石灰石粉混凝土 28 d 强度

图5 比表面积 600 m2/k g 石灰石粉混凝土 7 d 强度

图6 比表面积 600 m2/k g 石灰石粉混凝土 28 d 强度

石灰石粉表面光滑，颗粒较细，掺入混凝土中后对水泥起到稀释作用，延缓水化进程，一方面可以改善混凝土拌合物的流动性, 另一方面, 也可以起到降低水化热的作用。此外超细石灰石粉具有“微集料效应”，填充在水泥颗粒之间，使水泥浆体更加密实，需水量更少，这在掺加比表面积大的石灰石粉混凝土中表现更为明显。另外，石灰石粉还可参与水泥水化，起到加速水泥水化和浆体结构形成的作用，具体表现为混凝土实际水灰比增加，水泥水化速度加快，细小的石灰石粉颗粒成为 C-S-H 凝胶的晶核，并被结合进水化产物中，加速浆体的形成，CaCO3可加速 C3A、C4AF 反应，生成碳铝酸盐相，同时碳酸钙颗粒对 C3S 水化起晶核作用，加速C3S 的水化，从而提高混凝土早期强度。

3 结论

石灰石粉颗粒表面光滑，在胶凝材料总量不变的情况下，可以增加混凝土浆体的含浆量，提高混凝土的包裹性，比表面积 600m2/kg 石灰石粉对混凝土和易性的改善作用优于比表面积 400m2/kg 石灰石粉。

采用比表面积 400m2/kg 石灰石粉替代粉煤灰，掺量低于 80% 时，C20～C60 混凝土强度可满足施工要求。采用比表面积 600m2/kg 石灰石粉替代粉煤灰，在掺量低于 80% 时，C50～C60 混凝土强度可满足施工要求，在掺量达到 80%～100% 时，C30、C40 混凝土可满足施工要求。

[1] 刘数华，阎培渝．石灰石粉对水泥浆体填充效应和砂浆孔结构的影响[J]．硅酸盐学报，2008，36(1)：69-72．

[2] 尹耿，马保国，张风臣，等．超细石灰石粉水泥基材料早期性能研究[J]．武汉理工大学学报，2009,31(4)：116-119．

[3] 李悦，丁庆军，胡曙光．石灰石矿粉在水泥混凝土中的应用[J]．武汉理工大学学报，2007(3)；35-37

[4] 马烨红，吴笑梅，樊粤明．石灰石粉作掺合料对混凝土工作性能的影响[J]．混凝土，2007, 06；56-59.

[5] 肖斐，崔洪涛，陈剑雄，等．超磨细石灰石粉高强混凝土的研究[J]．硅酸盐通报，2010, 06；1303-1307．

[6] 聂法智，樊小燕，王仲红．石粉在低强度等级混凝土中的应用技术的研究[J]．商品混凝土，2010(1)：42-48．

[7] 刘数华，阎培渝．石灰石粉在复合胶凝材料中的水化性能[J]．硅酸盐学报，2008,36(10)；1401-1404．

［通讯地址］陕西省西安市长安区王寺镇西街中建西部建设北方有限公司研发中心（710116）

Study on the effect of limestone powder with different specif i c surface area as mineral admixture on the properties of C20～C60 Concrete

Feng Taotao1,Ren Huichao1,Jia Lin2, Zhang Kaifeng1, Zhao Shiran1
(1.China West Construction North Group Co., Ltd., Shaanxi, Xi'an, 710116；2.Xi'an Ningzhong Industrial Co.,Ltd, Shaanxi, Xi'an 710018)

This paper adopts limestone powder with different specif i c surface area as admixture for high performance test of concrete. The result shows that，when the use of specif i c surface area of 400m2 / kg limestone powder to replace the amount of fl y ash is less than 80%, C20 ～ C60 concrete strength to meet the construction requirements. when the use of specif i c surface area of 600m2/kg limestone powder to replace the amount of fl y ash is less than 80%, the concrete strength of C50～C60 can meet the construction requirements. And when the content of concrete reaches 80%～100%, the C30 and C40 concrete can meet the requirements of construction requirements.

limestone powder; concrete; physical properties; mechanical properties

冯涛涛（1988－），男，助理工程师，从事高性能混凝土与绿色建材研究。