探讨石灰石粉对混凝土性能影响的试验

施小剑 玉林市汇港混凝土有限公司

1 原材料及试验方法

1.1 原材料性能

本实验中所采用的的水泥原料为P.O 42.5 级硅酸盐水泥，这也是市面上最常见的水泥品种之一，其各项物理性能如表1所示。粗骨料选用的碎石大小在5mm～25mm之间，压碎指标为5%，密度为1.83g/cm3。粗骨料中还含有泥沙和针片状，其含量分别在0.44%、3.6%左右。细骨料使用的是细度模数为2.6的中砂。其表观密度为2.550g/cm3。本次实验石灰石粉的细度为12%左右，45μm 筛余量16.30%。烧失量、表观密度和比表面积分别为5.07%、2.49g/cm3、2.60%。

1.2 配合比设计

在本次实验中，采用C35混凝土配合比。不同的实验组添加石灰石粉比例为0%～20%，且每隔5%设置一个梯度。为降低偶然误差，每一组制作三个试件见表2。

2 混凝土强度试验

2.1 石灰石粉对混凝土抗压强度的影响

本实验按照相关实验标准来对不同比例的石灰石添加量对混凝土抗压性能的影响进行实验。测量混凝土的抗压能力采用的是强度试验的有关方法，用石灰石替代水泥，探究添加不同剂量的石灰石对3d、7d、28d、56d混凝土抗压强度的影响。实验结果如图1所示。

图1 混凝土抗压强度随石灰石粉掺量的变化

从上图可以看出：（1）混凝土的抗压能力明显受到石灰石粉添加量的影响，且3d、7d、28d、56d呈现出几乎相同的变化曲线。（2）当添加量为5%和10%时，混凝土3d、7d、28d、56d的抗压强度都有所增加。其中3d和7d抗压性能增加最为明显，3d从25.4MPa增加到了35.5MPa；32.2MPa增加到了45.0MPa。增长幅度都接近百分之四十。（3）而增大石灰粉剂量，当添加量在超过了百分之十以后，3d与7d的强度增加量未呈现继续增加的趋势，甚至有所下降。（4）28d与56d抗压强度呈现出几乎相同的变化趋势。都表现为单峰变化。石灰石粉的添加量在百分之十以内时，随着添加量的增加，抗压能力都的到了明显的提升，增幅分别为39.6%与14%。但是超过百分之十的峰值后，随着计量的增加，抗压性能又呈现下降的趋势。从10%到20%降低幅度分别达到了29%和18.8%。综合以上数据我们可以看出，少量增加石灰石的添加量（10%以内）时，对于提升抗压强度有促进作用；但是超过一定量后（本实验为10%）继续添加石灰石粉，对混凝土的强度有抑制的趋势。

表1 水泥物理性能

表2 混凝土配合比设计

下面分析其原理：本实验中采用的石灰石粉的细度（平均颗粒半径）要比水泥小，当石灰石粉的添加计量较小时，石灰石粉能够对大颗粒之间的缝隙进行填充，填充物与大颗粒共同构成了骨架。这对于提升混凝土的密实程度有明显的促进作用，同时也加快的早期水化的过程，因此对于其抗压能力有促进作用。但是在石灰石粉添加量过大（本实验中为超过10%）后，石灰石粉的填充作用已经达到最大限度，过量的石灰石粉反而阻碍了水化反应中水泥的参与量。进而导致级配存在不合理，骨架作用不明显，因此其强度会受到明显的抑制作用。在本实验中，最佳比例在10%左右。

2.2 石灰石粉对混凝土抗折强度的影响

在用混凝土浇灌路面时，除了抗压强度之外抗折程度也是一项十分重要的参考指标。采用与抗压程度检验类似的方法，本实验也对石灰石添加量对混凝土的抗折能力进行了检测，相关数据如表3所示。

表3 混凝土抗折强度

表3的数据反映：在一定范围内添加石灰石对混凝土的抗折强度有一定的提升作用，超过该范围后，如果继续添加石灰粉其抗折能力不断减小，甚至低于未添加时的强度。具体来说，在本实验中当添加量在5%左右时，对抗折能力的提升作用最为明显，而在10%左右时几乎已经失去了对抗折能力的提升作用；当继续添加石灰石粉后混凝土的抗折能力降到比不添加时还低。对其原理进行初步分析：混凝土由于具有大量的孔隙且质地较脆，所以其抗拉性较弱。而颗粒较细的石灰石粉能够对空隙进行填补，填补之后混凝土的抗折能力会有一个小幅增加，但是增加效果并不明显。而过量的石灰石添加反而会对混凝土的抗折能力造成不利影响。

3 混凝土抗冻试验

本次抗冻试验根据相关标准进行了快速冻融循环试验。快速冻融模拟的是自然界由于昼夜以及季节性变化导致的温度变化。本实验以此来进行抗冻性检测。

3.1 混凝土的质量损失

图2 质量损失随冻融次数的变化

试件在不断重复的冷冻和融化的过程中会造成质量减少，而造成这种现象的原因是混凝土的表面层在此过程中会出现剥落。抗冻性能良好的材料在进行冻融实验时表面脱离的质量较小。因此可以对质量的减少量进行称量以检测其抗冻性能。在本次实验中，每进行25 次循环实验进行一次质量测量。具体结果如图2所示。

图2 表示：随着实验的进行，所有试件的质量损失都呈现出不断增加的趋势。添加量为5%和10%的两个实验中，相对于不添加的空白对照组其质量损失几乎在整个实验的过程中都较低。因此可以得到这两组抗冻性能有所提升的结论。而相比之下，添加量为5%时其抗冻性能相对于10%的更佳。而另外两组的结果显示，在整个实验的过程中其试件质量损失量始终明显高于空白对照组。也就是说，添加量为这两个值时，混凝土的抗冻性能不但没有增加，反而还有所降低。且添加量越多，降低程度越明显。对其原因进行分析：石灰石粉作为填充剂能够使混凝土的结构更加密实，而更加密实的混凝土结构其抗冻能力也更强，但是过量的石灰石粉不利于其抗冻性能的提升。

3.2 混凝土动弹性模量的变化

本实验中还对混凝土的相对动弹性模量进行了测量。实验结果如下。

图3

所谓的“相对动弹性模量”指的是在进行了若干次冻融实验后试件的动弹性模量相对于初始状态下的比值。如上图所示，冻融次数的增加导致各组的“模量”都呈下降趋势。但是每一组降低的幅度有所不同。相对于20%的石灰石粉添加组，其他三组的变化幅度明显小得多，其中最小的是石灰石粉添加量为5%的实验组。该组试件即便在经过了200次循环试验后其变化程度依然控制在7%左右。20%石灰石添加组的变化幅度最大，当两百次循环实验结束后该值不到86%。同上述实验结果一致，相对动弹性模量也随着石灰石粉的添加有所改变，且依然是呈现“单峰”形态。

4 结束语

对用于水泥路面施工的混凝土，人们一般比较重视其抗压、抗折、抗冻等性能。而石灰石粉添加量的不同会对这些性能产生一定的影响。在本次实验中，设置了0%、5%、10%、15%和20%的梯度实验，以验证不同的添加量对各项性能的实际影响。从整体上来看，基本都满足“单峰”模式，也就是在一定范围内有提升作用，超过该范围后提升能力有所下降甚至出现了低于对照组的现象。造成这种现象的原理几乎都具有类似性，即小颗粒半径的石灰石能够充当填充剂来对混凝土的空隙进行填充，对混凝土结构的稳定性有一定的提升作用，但是过量的石灰石粉却反而降低了其稳定性。从整体上来看，本次实验遵循了相关实验标准，对几个重点的性能都分别进行了检测，并得到了初步结论。但是还存在一定的不足之处：（1）梯度设置不够精细，每一个实验结果都只获得了初步结论，每隔5%设置梯度不利于探究最佳结论，只能够得到一个初步的范围。（2）实验组不够多容易由于偶然误差对实验结果造成影响。但是在实验的过程中，笔者在资源条件有限的情况下力求结果的准确性，因此其结果依然是有效的，它对在工程建设中混凝土的配置比例问题依然具有一定的指导意义。