磨细石灰石粉对水泥砂浆流动和强度性能影响实验探讨

邓惠婷 朱啟朗 刘文乐 刘汉钦 温梦丹 陈嘉健

(佛山科学技术学院土木工程系， 广东 佛山 528000)

磨细石灰石粉对水泥砂浆流动和强度性能影响实验探讨

邓惠婷 朱啟朗 刘文乐 刘汉钦 温梦丹 陈嘉健

(佛山科学技术学院土木工程系， 广东 佛山 528000)

本文进行了在混凝土中掺加适量的磨细石灰石粉取代部分水泥的研究，检验了不同配合比不同水灰比磨细石灰石粉混凝土的流动性、扩张度、强度及填充密度等性能。取得以下研究成果：磨细石灰石粉的掺和对其砂浆的流动性、扩展度、过筛率、强度都有明显得影响。利用石灰石粉置换水泥能减小水泥用量配制绿色环保混凝土。为探讨掺加石灰石粉对流动和强度性能影响，本研究配制了25组不同水灰比、不同磨细石灰石粉掺量的水泥浆作流动性能和强度测量。实验结果表明掺加磨细石灰石粉置换水泥可能提高或者降低水泥浆流动性，并降低水泥浆强度。

流动性，磨细石灰石粉，强度。

0 引言

为改善混凝土性能、配制低水泥量绿色环保混凝土，掺入矿物掺和料置换水泥为可行方法。在硅灰、粉煤灰、高炉矿渣等众多矿物掺和料中，石灰石粉为其中一种具备应用前景材料。在生产石灰石碎石和机制砂的过程中,产生了大量的石灰石粉屑,既污染了环境,又造成资源的浪费。另外由于石灰石碎石和机制砂在生产过程中夹杂一定量的石灰石粉,这些石粉在混凝土中所起的作用,人们对它的认识和研究还是很少。解决上述问题,将具有良好的经济和环境效益。

大连理工大学的李晶[1]总结道适量石灰石粉可改善混凝土的工作性能和石粉对混凝土抗压强度的影响随混凝土龄期的不同而不同，对混凝土早期抗压强度的影响较为明显。中南大学袁航[2]试验表明，混凝土工作性能和抗压强度受石灰石粉掺量和细度影响较大。适当增大石灰石粉细度,能改善混凝土的工作性能,且能提高混凝土的早期强度。重庆大学崔洪涛[3]研究了石灰石粉特别是超磨细石灰石粉作为混凝土掺合料对混凝土工作性能、力学性能和耐久性能的影响和改善,并且通过电镜、衍射等手段观察分析混凝土生成，武汉理工大学熊远柱[4]指出在一定的范围内掺入石灰石粉可以减小混凝土的坍落度损失,改善混凝土的工作性能,而且随着掺量增加,工作性能得到提高；影响新拌混凝土的工作性能的主要是石灰石粉的掺量,而不是石灰石粉的细度。中国建筑科学研究院周永祥、王永海等人[5]，研究表明石灰石粉对水和外加剂的吸附性小,但有加速混凝土拌合物坍落度损失的倾向;对于 C30混凝土,20%石灰石粉等量取代粉煤灰,不会造成抗压强度、抗碳化性能、抗冻性能下降,适当含泥量对上述性能影响也不大。重庆大学材料科学与工程学院肖斐、崔洪涛等人[6]，研究表明超磨细石灰石粉通过分散效应和微集料效应等,对混凝土具有增塑、保塑和减水的作用。 重庆理工大学朱柯[7]石灰粉能够明显改善混凝土的工作性能但也会明显降低抗压强度,通过扫描电镜分析可知在水化早期,石灰石粉能够加速Ca(OH)2的生成,同时能够稳定钙矾石的存在,不利于混凝土后期性能。中建商品混凝土有限公司周金种等人[8]得出：利用石灰石粉取代 50%以上甚至完全取代粉煤灰与矿粉复合掺入混凝土中,能够改善混凝土的和易性能,其各龄期强度能够与基准混凝土持平甚至是有所超过;针对不同细度的石灰石粉进行了混凝土试验,证明石灰石粉越细,其填充性越好,对混凝土性能的益化作用越大。Diederich等[9]的实验表明掺入石灰石粉可通过提高混凝土填充密度而改善流动性。为量化磨细石灰石粉的掺入对水泥浆流动性和强度性能的综合影响，本研究对25组不同水灰比、不同磨细石灰石粉掺量的水泥浆扩展度、流速和强度进行了测量。

1 实验方案

1.1 材料

本研究中使用的胶凝材料有硅酸盐水泥和石灰石粉两种。硅酸盐水泥为 32.5强度等级水泥，密度经测量为3100kg/m3，比表面积经测量为510m2/kg。石灰石粉密度经测量为2600kg/m3。本研究中采用的石灰石粉为比表面积546m2/kg石灰石粉再于实验室研磨30小时所制得，颗粒比水泥颗粒更细。

1.2 试样配比

本研究中，磨细石灰石粉用于置换水泥配制25组水泥浆配比试样。水泥浆的试样水灰比从0.50到0.70变化，以0.05为一级差；磨细石灰石粉掺量范围由0到20%变化，以5%为一级差。为避免减水剂对流动性测量结果产生的影响，本研究中试样均不掺减水剂。

1.3 测试方法

1.3.1 流动性测量

本研究中,水泥浆试样的动态流动性测量采用V型漏斗作流速测试，静态流动性测量采用小型塌落度筒作扩展度测试。流速为充满V型漏斗的水泥浆全部流出所需的时间与 V型漏斗体积之比值,,扩展度为提起塌落度筒后水泥浆两垂直方向的直径平均值减去塌落度筒地面直径之差。流动性测量均在水泥浆完成搅拌后 5分钟内进行，整个试验过程中实验室温度控制在20±2℃。

1.3.2 强度测量

本研究中,水泥浆试样强度测量采用抗压强度测量，养护温度为 27±2℃，龄期为7天。强度结果采用两个同配比同期同步测试试件的平均值。

2 实验结果

2.1 流动性测试结果

流速结果如图1，当没有加入磨细石灰石粉时，其流速随水灰比的减少而减少。而加入不同配合比的石灰石粉取代水泥后，其流速的变化随水灰比的减少而减少，根据图示，流速也不随石灰石粉的配合比增加而增加，在石灰石粉=10%，流速最大。在磨细石灰石粉=0%，10%，20%时,水灰比为 0.65时呈现峰值，总体亦随水灰比呈波动形式。

图1 磨细石灰石粉对流速影响

扩展度结果示于图2。当没有加入磨细石灰石粉时，其流速随水灰比的减少而减少。而加入不同配合比的石灰石粉取代水泥后，其流速的变化随水灰比的减少而减少，根据图示，流速也不随石灰石粉的配合比增加而增加，在石灰石粉=10%，流速最大。在磨细石灰石粉=0%，10%，20%时,水灰比为 0.65时呈现峰值，总体亦随水灰比呈波动状态。

图2 磨细石灰石粉对扩展度影响

2.2 强度测试结果

强度测量结果见图3所示，掺加磨细石灰石粉的配合比越大时，强度就越强，但是掺加了磨细石灰石粉的强度都比掺加石灰石粉=0%的要低。

图3 磨细石灰石粉对强度影响

3 结论

本研究通过测量25组磨细石灰石粉水泥浆配比试样，得到的主要结论如下：

（1）在相同水灰比下,掺加磨细石灰石粉置换水泥可能提高或者降低水泥浆流动性。

（2）在相同水灰比下,掺加磨细石灰石粉置换水泥降低水泥浆强度。

研究结果表明,磨细石灰石粉未能有效改善水泥浆的流动性和强度。然而,磨细石灰石粉的掺加能减少混凝土中的水泥用量，从而降低工程造价并减少生产水泥所需的大量碳排放量和耗能，在强度要求不高的情况下可使混凝土材料更廉价和环保。

4 鸣谢

本研究鸣谢2017佛山科学技术学院实验室开放基金重点项目“混凝土胶凝材料填充密度实验测量方法开发”、大学生创新创业训练计划项目“磨细石灰石粉对水泥砂浆流动和强度性能影响实验探讨”、2016佛山市科技计划项目 “大掺量粉煤灰混凝土配比优化及生产应用研究(项目编号:2016AB000031)”的资金支持。

[1]李晶. 石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究[D].大连理工大学,2007.

[2]袁航. 石灰石粉对混凝土性能的影响[D].中南大学,2009.

[3]崔洪涛. 超磨细石灰石粉掺合料混凝土性能的研究[D].重庆大学,2004.

[4]熊远柱. 高掺量石灰石粉对混凝土耐久性的影响[D].武汉理工大学,2010.

[5]周永祥,王永海,王思娅,王伟,丁威,张大朋. 石灰石粉的特性及对混凝土性能的影响[J]. 施工技术,2014,(09):23-27.

[6]肖斐,崔洪涛,陈剑雄,陈寒斌. 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.

[7]朱柯. 石灰石粉对混凝土性能影响研究[J]. 硅酸盐通报,2015,(02):492-495.

[8]周金钟,郑广军,刘勇彰. 石灰石粉在普通混凝土中的应用研究[J]. 建筑节能,2009,(06):31-34.

[9]Diederich P, Mouret M, de Ryck A, Ponchon F, Escadeillas G. The nature of limestone filler and self-consolidating feasibility—Relationships between physical,chemical and mineralogical properties of fillers and the flow at different states, from powder to cement-based suspension[J]. Powder Technology, 2012,218:90-101.

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1007-6344（2017）10-0272-02