不同比表面积石灰石粉在混凝土中的应用研究

石城万年青新型建材有限公司，江西 石城 342709

随着国家基础设施建设的发展，混凝土用量越来越大，传统掺合料如粉煤灰、高炉矿渣粉其需求量越来越大，由于资源的区域性问题，部分地区甚至无掺合料应用，资源紧缺导致许多地区出现供不应求。许多地方已经出现粉煤灰造假、掺假、以次充好和乱掺等现象，有些工程出现脱硫脱硝粉煤灰、不明情况粉煤灰，导致出现质量事故。因此扩大矿物掺合料的来源，发挥就地取材，充分利用当地资源的有效利用，具有十分重要的意义［1］。

我国石灰石资源分布广泛，在采石场加工矿石时会产生大量的细颗粒，可加工制备成石灰石粉，且其价格低廉、易于粉磨、运输方便［2］。充分利用我国石灰石矿的资源优势，将石灰石粉作为新型混凝土矿物掺合料替代行业中最常用的粉煤灰，有效弥补粉煤灰资源的不足、质量不稳定等问题，具有良好的应用前景。石灰石粉是现代混凝土用矿物掺合料之一，国家标准GB/T 30190-2013《石灰石粉混凝土》 及行业JGJ/T 318－2014《石灰石粉在混凝土中应用技术规程》及都对石灰石粉作为矿物掺合料的技术指标均做了详细的规定［3］。

本文针对不同细度的石灰石粉在相容性砂浆中的性能，确定最佳的细度范围，并在混凝土中进行应用研究。

1 原材料

水泥： 万年青P·O42.5 级水泥，标准稠度用水量26.5%，3d 抗压强度26.4MPa，28d 抗压强度49.8MPa；粉煤灰：江西某电厂二级磨细粉煤灰，密度2.49kg/m3，需水量比为103%，45μm 筛余19.1%；矿粉：江西新余粒化高炉矿渣粉，28d 活性指数98%，流动度比103%，比表面积428m2/kg，密度为2.82g/cm3；石灰石粉：江西高安石灰石粉，加工成不同比表面积，MB 值为0.25；细骨料：细骨料为赣州（梅江）河砂，细度模数为2.8；粗集料为石灰岩碎石，采用5～10mm 和10～31.5mm 二级配碎石。

2 试验方法

相容性砂浆试验参照（GB 50119 -2013）《混凝土外加剂应用规范》标准附录A；相容性砂浆抗压强度参照（JGJT70-2009）《建筑砂浆基本性能试验方法标准》；混凝土拌合物性能试验参照（GB/T50080-2016）《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》；混凝土抗压强度试验参照（GB/T50081-2019）《混凝土物理力学性能试验方法标准》进行测试。

3 试验结果及分析

3.1 不同比表面积石灰石粉对砂浆扩展度和强度的影响

使用常规C30 混凝土配合比，参照GB 50119-2013 标准中附录A 规定的相容性试验方法（砂浆扩展度法）进行试验。研究不同比表面积石灰石粉对相容性砂浆扩展度及砂浆抗压强度的影响。其中相容性砂浆配合比应采用与混凝土配合比中去除粗骨料后的砂浆配合比，水胶比应降低0.02，配合比祥见表1。

表1 混凝土和砂浆配比 kg/m3

由表1 和图1 可以看出，砂浆初始扩展度整体是随着石灰石粉比表面积的提高而增大，而砂浆1h 扩展度随石灰石粉比表面积提高而变化不大，一方面说明石灰石粉需水量不高，另一方面，提高石灰石粉比表面积可能增大砂浆1h 扩展度损失，故就工作性而言，石灰石粉比表面积不宜过大。

由图1 可知，胶砂试件各龄期抗压强度均随着石灰石粉比表面积的提高而增大，胶砂试件7d 抗压强度数据波动较大，不具有代表性。从胶砂试件3d 抗压强度变化来看，石灰石粉具有一定的早强填充作用，这种早强作用随着石灰石粉比表面积的提高而越来越显著，当其比表面积超过600m2/kg 时，胶砂试件早期和后期强度增长不大。因此，石灰石粉比表面积宜控制在500～600m2/kg 范围内。

表2 石灰石粉比表面积对砂浆扩展度和强度的影响

图1 不同比表面积石灰石粉对砂浆扩展度（左图）和强度（右图）的影响

3.2 石灰石粉对混凝土性能的影响

参照C30 基准混凝土配合比（见表3），将比表面积为537 m2/kg 的石灰石粉作为掺合料全部替代粉煤灰，研究其对混凝土坍落度、扩展度及抗压强度的影响，结果见表4。

表3 混凝土配合比 kg/m3

表4 混凝土的性能

从表4 可以看出，掺石灰石粉混凝土相对粉煤灰而言，混凝土初始坍落度和扩展度会有一定的增大，且用石灰石粉每方混凝土可降低5～10 kg/m3用水量，混凝土坍落度和扩展度损失相差不大。从混凝土强度可以看出，掺石灰石粉掺合料混凝土早期3d 和7d 抗压强度高于基准组，后期28d、60d、90d 抗压强度略低于基准组，但是相差不大。因此可以看出，石灰石粉作为掺合料替代一些质量不佳的粉煤灰在混凝土应用，可以有效改善混凝土的性能。目前行业对石灰石粉作为混凝土掺合料的作用大多数归结为颗粒形貌效应、活性效应、加速效应［4-6］，主要为颗粒形貌效应。其中颗粒形貌效应是超细石灰石粉颗粒填充使胶凝基体更为致密，另外可以改善胶凝体系的絮凝状态从而改善混凝土性能，起到一定的减水作用［4-6］，活性效应是指石灰石粉会在后期和胶凝体系体系中的铝相矿物反应生成具有一定胶凝能力的单碳和三碳水化铝酸钙产物；加速效应是指颗粒可作为水化产物的成核基体，降低成核位垒，加速水泥水化［4-6］。但是使用石灰石粉在硫酸盐环境中发生碳硫钙石腐蚀应该高度重视［4］，慎重使用，水下结构也需要慎重使用。

4 结论

（1）石灰石粉作为混凝土掺合料，其比表面积建议控制在500～600m2/kg 范围内。

（2）石灰石粉由于具有加速效应、活性效应和颗粒形貌效应，在混凝土中可作为掺合料替代质量不佳的粉煤灰，可改善混凝土的性能。

（3）石灰石粉在硫酸盐环境中会发生碳硫钙石腐蚀，需要慎重使用；高标号混凝土和水下混凝土结构也建议少用。