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 許婷  蘇祖平

 （中鐵大橋科學(xué)研究院有限公司  武漢430034）

摘要  通過分析石灰石粉用于摻合料對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和抗氯離子滲透性能的影響，結(jié)果表明，石灰石粉單摻時(shí)，對(duì)混凝土工作性能有明顯的改善作用；對(duì)立方體抗壓強(qiáng)度、彈性模量和抗氯離子滲透性能均有不利影響，且摻量越大，不利影響越大；石灰石粉與礦粉或粉煤灰復(fù)摻后混凝土的工作性能與單摻時(shí)相當(dāng)，但力學(xué)性能和抗氯離子滲透性能均優(yōu)于單摻。

關(guān)鍵詞  石灰石粉  摻合料  工作性能  力學(xué)性能  抗氯離子滲透性能

 石灰石在自然界中資源豐富，來源廣泛。在將其加工成骨料的過程中會(huì)產(chǎn)生大量的石灰石粉，這些石粉一般不會(huì)再加以利用，廢棄的石粉隨意放置會(huì)造成環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)。另一方面，近年來隨著各條高速公路、高速鐵路及橋梁的上馬，導(dǎo)致現(xiàn)有的礦物活性摻合料如粉煤灰和礦渣粉料源緊張。因此，如何有效地將石灰石粉轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新型的礦物摻合料運(yùn)用到混凝土的制備中有非常重大的意義。

 筆者通過石灰石粉單摻、石灰石粉和粉煤灰或礦粉復(fù)摻等2種方式，研究了石灰石粉做摻合料對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能及抗氯離子滲透性能的影響。

1  原材料與試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)用原材料

 石灰石粉：湖北宜昌石灰石粉，比表面積為619 kg/m2，45flm篩篩余為0.0%。

 水泥：湖北亞東水泥廠生產(chǎn)的P．0 42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積為324 kg/m2，3d抗壓強(qiáng)度為27.4 MPa，3d抗折強(qiáng)度為5.4 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度為50.9 MPa，28 d抗折強(qiáng)度為9.1MPa。

 粉煤灰：陽(yáng)邏電廠I級(jí)粉煤灰，需水量比為94%，45 Vm篩篩余為8.8%，28 d活性指數(shù)為73%。

 礦粉：信陽(yáng)明港建材S95級(jí)礦粉，比表面積為413 kg/m2，7d活性指數(shù)為79%，28 d活性指數(shù)為98%，流動(dòng)度比為100%。

 砂：洞庭湖河砂，細(xì)度模數(shù)為3．O，為II區(qū)中砂。

 碎石：湖北陽(yáng)新碎石，5～20 mm連續(xù)級(jí)配碎石。

 減水劑：武漢格瑞林建材科技有限公司生產(chǎn)的SP010型聚羧酸高效減水劑。

 水：飲用自來水。

水泥、粉煤灰、礦渣粉及石灰石粉的主要化學(xué)組成見表1。

1.2試驗(yàn)配合比及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)配合比見表2，試驗(yàn)主要有2方面：①單摻石灰石粉對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能及抗氯離子滲透性能的影響(SF01～SF06)；②石灰石粉與礦粉或粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能及抗氯離子滲透性能的影響(SF07，SF08)。

 坍落度的試驗(yàn)參照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBlT 50080 - 2002)；倒坍落度時(shí)間的試驗(yàn)方法：將坍落度筒倒置，然后將混凝土裝入筒內(nèi)，刮平，然后迅速提起至距地面約50 cm高處讓混凝土自由流下，計(jì)下混凝土從筒內(nèi)開始下流至完全流空所需要的時(shí)間；力學(xué)性能的試驗(yàn)參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBlT 50081- 2002)；抗氯離子滲透性能采用電通量法評(píng)價(jià)，試驗(yàn)參照《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GBlT 50082-2009)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)各組混凝土工作性能、力學(xué)性能及抗氯離子滲透性能試驗(yàn)結(jié)果見表3。

2.1  石灰石粉對(duì)混凝土工作性能的影響

 由表3可見坍落度試驗(yàn)中，除SF07外其余各組坍落度均大于或等于不摻石灰石粉的基準(zhǔn)混凝土，倒坍落度時(shí)間的試驗(yàn)中，除SF06外其他各組均小于基準(zhǔn)混凝土。石灰石粉的摻入能明顯改善混凝土的工作性能，在用水量不變的情況下，單摻10%～30%時(shí)可提高坍落度15～20 mm，減小倒坍落度時(shí)間12～14 s�？梢哉f石灰石粉在混凝土中有一定減水作用，故在保持相同工作性能的前提下混凝土的單方用水量可適當(dāng)減少，由此試驗(yàn)中拌制出了SF06。由表2可見，該組混凝土用水量減少了3 kg/m3；對(duì)比SF01，SF07與SF08可以看出：石灰石粉與礦粉均以15%的摻量復(fù)摻時(shí)，用水量可減少8 kg/m3，而此時(shí)僅是坍落度比基準(zhǔn)減小5 mm，倒坍落度時(shí)間也得到改善；石灰石粉與粉煤灰均以15%復(fù)摻時(shí)，在用水量減少8 kg/m3的情況下，坍落度與倒坍落度時(shí)間都得到較大改善（見表3）。石灰石粉對(duì)混凝土工作性能的改善主要由其形態(tài)效應(yīng)和填充效應(yīng)決定，表面致密光滑的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散劑的作用；另一方面，由于石灰石粉比水泥顆粒細(xì)度小，能夠填充水泥顆粒之間的間隙，起到填充骨架的作用，從而改善混凝土的工作性能。因而，石灰石粉無論單摻還是與粉煤灰或礦粉復(fù)摻均能有效改善混凝土的工作性能。

2.2  石灰石粉單摻對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

如圖1所示，單摻石灰石粉后，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度各個(gè)齡期均低于基準(zhǔn)混凝土。由SF01～SF05這5組可以看出，摻加石灰石粉后，混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度降低，且摻量越大降低的幅度越大。由SF06可知，在不損失工作性能的前提下，可適當(dāng)減小用水量，增加混凝土的密實(shí)度，此時(shí)強(qiáng)度較不減水時(shí)有所提高，但提高的幅度不足以彌補(bǔ)因石灰石粉的加入引起的強(qiáng)度降低。因而，石灰石粉等量取代水泥后會(huì)使混凝土的強(qiáng)度有較大幅度的降低。有資料顯示：石灰石粉活性較低，大部分顆粒難以參與水化，僅僅充當(dāng)一種粉末填充料。由于石灰石粉等量替代了水泥，因此，其摻量的增加，水泥用量和水化后形成的水化物的量就隨之減少，必將導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的下降。

如圖2所示，石灰石粉摻入對(duì)混凝土彈性模量的影響規(guī)律與立方體抗壓強(qiáng)度相似，隨著摻量的不斷增加，彈性模量不斷降低，但降低的幅度小于抗壓強(qiáng)度的降低幅度。當(dāng)摻量為10%，15%，20%和30%時(shí)彈性模量較基準(zhǔn)分別降低了0. 7%，1.6%，4.2%和10. 8%，而抗壓強(qiáng)度分別降低了15. 3%，21.3%，24. 7%和28. 6%。

2.3石灰石粉與礦粉、粉煤灰復(fù)摻對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響

如圖3所示，石灰石粉與礦粉分別以15%的摻量復(fù)摻后，3，7d抗壓強(qiáng)度略低于基準(zhǔn)混凝土，但14，28，56 d強(qiáng)度均高于基準(zhǔn)混凝土；石灰石粉與粉煤灰分別以15%的摻量復(fù)摻后，各齡期強(qiáng)度均低于基準(zhǔn)混凝土。但由表2可以看出，石灰石粉無論與礦粉還是粉煤灰復(fù)摻后的混凝土(SF07，SF08)除了7d齡期外，其他齡期強(qiáng)度均高于單摻石灰石粉( SF03)的混凝土各齡期強(qiáng)度，其中28 d強(qiáng)度分別提高了15.6 MPa和9.1MPa，56 d強(qiáng)度分別提高了11.4 MPa和5.8MPa。

如圖4所示，石灰石粉與礦粉、粉煤灰復(fù)摻后混凝土彈性模量均高于基準(zhǔn)混凝土。前述石灰石粉與礦粉、粉煤灰復(fù)摻后在保持相同工作性能的前提下混凝土用水量減小8 kg/m3，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。水泥、石灰石粉、礦粉（粉煤灰）的細(xì)度不同，三者組成的膠凝體系在顆粒的堆積上易形成更緊密的堆積狀態(tài)，從而也提高了混凝土的密實(shí)度，密實(shí)度的增加對(duì)強(qiáng)度和彈性模量的提高有一定的幫助。另外，礦粉、粉煤灰在混凝土中的二次水化反應(yīng)，能生成更多的C-S—H凝膠，并且能改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，使混凝土孔隙率下降。因此，在多方面因素作用下，混凝土力學(xué)性能得到較大改善。

2.4石灰石粉對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

石灰石粉對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響規(guī)律見圖5。

 由圖5可見，石灰石粉的加入對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能會(huì)產(chǎn)生不利影響。單摻石灰石粉后(SF02～SF05)，隨著摻量的增加，電通量的數(shù)值不斷增大。雖然采用適當(dāng)減水的方法，增加混凝土密實(shí)度( SF06)對(duì)抗氯離子滲透性能有略微改善，但改善作用較小，56 d電通量仍高達(dá)到2 131 C，遠(yuǎn)大于基準(zhǔn)混凝土( SF01)。從SF07和SF08 2組混凝土試驗(yàn)結(jié)果可以看出，石灰石粉與礦粉或粉煤灰復(fù)摻后混凝土56 d電通量均有大幅減小，混凝土抗氯離子滲透性能得到明顯改善。SF07和SF082組混凝土電通量值的大幅減小主要是礦粉、粉煤灰的貢獻(xiàn)。文獻(xiàn)[10]指出：混凝土抗氯離子滲透性能與混凝土的孔結(jié)構(gòu)有關(guān)，混凝土孔結(jié)構(gòu)越粗化，抗氯離子滲透性能越差，反之，性能越好；石灰石粉在混凝土內(nèi)基本不參與水化反應(yīng)，更多的是起到填充作用，并不能降低孔隙率，細(xì)化孔徑。而前面已提到：礦粉、粉煤灰在混凝土中的二次水化反應(yīng)能生成更多的C-S—H凝膠，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，降低孔隙率，細(xì)化孔徑，故利用石灰石粉等量取代水泥的方式并不能改善混凝土的抗氯離子滲透性能，需與礦粉或粉煤灰復(fù)摻。

3結(jié)論

 (1)石灰石粉作為摻合料單摻到混凝土中時(shí)，對(duì)混凝土工作性能有明顯的改善作用，在單位用水量不變的情況下，摻量為10%～30%時(shí)可提高坍落度15～20 mm，減小倒坍落度時(shí)間12～14 s；對(duì)混凝土立方體抗壓強(qiáng)度和彈性模量均有不利影響，隨著摻量的增加，抗壓強(qiáng)度和彈性模量不斷降低，但彈性模量的降低幅度小于抗壓強(qiáng)度的降低幅度；對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能有不利影響，隨著摻量的增加，混凝土電通量值不斷增大。

 (2)石灰石粉與礦粉或粉煤灰組成的復(fù)合體系，能配制出力學(xué)性能與基準(zhǔn)相同，工作性能和抗氯離子滲透性能優(yōu)于基準(zhǔn)的混凝土，可運(yùn)用到高性能混凝土的配制中。