石灰石在混凝土中的應(yīng)用綜述1

1、石灰石粉作為礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用綜述Summarize and Research on Application of Limestone Powder as a Mineral Admixture in Concrete摘要：石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)的出臺，標(biāo)志著石灰石粉的大量合理利用成為可能。本文通過多石灰石粉在水泥和混凝土中的應(yīng)用研究，總結(jié)了石灰石粉在混凝土中的作用機(jī)理及應(yīng)用技術(shù)要點(diǎn)。同時(shí)石灰石粉的應(yīng)用為建筑垃圾細(xì)粉化應(yīng)用于混凝土也提供了參考。關(guān)鍵詞：石灰石粉；機(jī)理；摻合料Abstract:With the introduction of Limestone powder

2、in concrete technical regulations, the standards mark a lot of rational use of limestone powder as possible. Through the application of multi-limestone in cement and concrete, and summarizes the mechanism of limestone powder and its application in concrete technical points. At the same time the appl

3、ication for construction waste limestone powder used in concrete technology also provides a reference.Key words：limestone powder;Mechanism;admixture0引言 石灰石粉是指以碳酸鈣含量在一定標(biāo)準(zhǔn)之上的石灰石為原料，經(jīng)粉磨至規(guī)定細(xì)度的粉狀材料。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和城市化的進(jìn)一步推進(jìn)，混凝土產(chǎn)量也有了巨大的飛躍。隨之引起混凝土原材料，尤其是高品質(zhì)的礦物摻合料在一部分地區(qū)開始供不應(yīng)求。其中優(yōu)質(zhì)粉煤灰價(jià)格上漲明顯，性價(jià)比不高，即便如此仍然“好灰難求”。隨著

4、石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，它與石灰石粉混凝土國家標(biāo)準(zhǔn)一起指導(dǎo)石灰石粉作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中。通常對礦物摻合料標(biāo)準(zhǔn)中的定義是以活性氧化硅、氧化鋁和其他有效礦物為主要成分，在混凝土中代替部分水泥改善混凝土綜合性能，且摻量一般不小于5%的具有火山灰活性或潛在水硬性的粉體材料。從這個(gè)意義上講，石灰石粉并不能劃歸礦物摻和料，而應(yīng)理解為參照礦物摻合料使用的非活性石粉材料。其主要意義在于提高資源的利用率，減少機(jī)制砂或粗骨料生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體粉料對環(huán)境的污染。 石灰石粉作為水泥中混合材的研究 石灰石粉作為水泥混合材應(yīng)用應(yīng)用于水泥中的開始時(shí)間較早，包括中國、美國、加拿大及歐洲的一些國

5、家都成型了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，只是不同國家和地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于石灰石粉的摻量限制有所不同。大部分國家對于石灰石粉在相應(yīng)水泥中的的摻量限制在5%以內(nèi)。石灰石硅酸鹽水泥中石灰石粉的允許摻入量水泥品種水泥代號石灰石粉摻量混合材總摻量硅酸鹽水泥P.00硅酸鹽水泥P.05%05%普通硅酸鹽水泥P.O08%620%從上表可以看出，在硅酸鹽水泥中加入出超過8%的石灰石粉，在不改變水泥燒失量，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度等性能的前提下仍可作為普通硅酸鹽水泥使用。 在水泥混合材中使用的石粉量相對于在混凝土中使用的一般的礦物摻合料來說總量偏少，且石灰石粉水泥在混凝土實(shí)際應(yīng)用并不廣泛，大多工程人員擔(dān)心水泥質(zhì)量的波動(dòng)引起混凝土

6、土質(zhì)量不好控制，因此并沒有實(shí)現(xiàn)石灰石粉的大量應(yīng)用。2 石灰石粉作為礦物摻和料的研究結(jié)果舉例周潔等1-2的研究表明石灰石并非惰性摻合料，在混凝土中替代粉煤灰后新拌混凝土的工作性顯著改善，黏性下降，硬化后混凝土的強(qiáng)度略有提高。石粉代替粉煤灰能降低混凝土的原因主要是石粉相對于粉煤灰的需水量低，相同細(xì)度時(shí)，這與石粉光滑的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著石粉的細(xì)度增大，粉磨石粉的難度和能耗急劇上升，經(jīng)濟(jì)性下降，而且石粉的需水量增加，對混凝土的強(qiáng)度不利。石粉作為礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中主要原因是石粉部分取代水泥后對混凝土的強(qiáng)度影響不大。這主要是由于分布均勻的石粉在水泥水化過程中對起晶核作用，能加速水泥水化尤其是C3S的

7、水化。而粉煤灰應(yīng)用于混凝土其活性的發(fā)揮主要在60天以后。重慶大學(xué)肖斐等認(rèn)為石灰石粉作為礦物摻合料的細(xì)度要求在1000m2/kg2500m2/kg，最佳摻量為膠凝材料總量的5%20%。石灰石粉的摻入能顯著改善混凝土的和易性及坍落度損失，同時(shí)降低減水劑或單位用水量，隨著石灰石粉細(xì)度的增加，對混凝土早期力學(xué)性能的增強(qiáng)作用越明顯。考慮到粉磨的能耗，需水比及石灰石粉細(xì)度對混凝土早期的強(qiáng)度的影響，在石灰石粉在混凝土中的應(yīng)用技術(shù)規(guī)程中規(guī)定石灰石粉的細(xì)度參照水泥細(xì)度的檢測標(biāo)準(zhǔn)，45m方孔篩篩余小于等于15%。3 石灰石粉和機(jī)制砂配置混凝土配合使用中的問題 機(jī)制砂也叫人工砂，就是把山石破碎成粒徑小于5mm的適合

8、建筑使用的砂子。在我國南方地區(qū)，例如浙江省從90年代已經(jīng)開始大規(guī)模使用機(jī)制砂，并制定了相關(guān)的地方標(biāo)準(zhǔn)。之后北京、云南，湖南等地方也開始了機(jī)制砂的使用。從時(shí)間和范圍來看，機(jī)制砂的大規(guī)模使用已成趨勢，但機(jī)制砂使用中石粉含量的控制和作用在不同地區(qū)差別很大。許多工程技術(shù)人員對此缺乏了解，阻礙了機(jī)制砂的迅速推廣。 目前市場生產(chǎn)的機(jī)制砂細(xì)度模數(shù)在2.63.6之間，顆粒級配穩(wěn)定，但大多表現(xiàn)出兩頭多中間少的情況。即大顆粒和細(xì)顆粒比較多，中間級配缺乏。應(yīng)用于混凝土中，主要問題表現(xiàn)在新拌混凝土的單位需水量高，和易性不好控制。這主要是機(jī)制砂本身有裂隙，空隙及空洞。相同砂率和單位用水量情況下，增大了砂子的比表面積，吸

9、附了更多的自由水，導(dǎo)致混凝土的塌落度降低。相同情況下機(jī)制砂混凝土比天然河砂混凝土需水量增加510Kg。水膠比不變的情況下，膠凝材料用量略有增加。但由于機(jī)制砂中石粉的存在，混凝土的強(qiáng)度往往略有提升。 在人工砂混凝土的標(biāo)準(zhǔn)中石粉含量石粉含量限制在10以內(nèi)，使用機(jī)制砂和天然砂配置混凝土?xí)r，為了得到良好的和易性，機(jī)制砂的砂率往往比天然砂大，單位用水量比天然砂高，雖然由于石粉的摻入，機(jī)制砂混凝土的強(qiáng)度并沒有降低，甚至略有提升，但是高砂率卻會(huì)導(dǎo)致混凝土的體積穩(wěn)定性下降。4 石灰石粉礦物摻和料發(fā)揮作用的機(jī)理 石灰石粉定性為非活性材料，只有達(dá)到一定細(xì)度才參與水泥水化，具有吸水效應(yīng)、形態(tài)效應(yīng)、填充作用和晶核效應(yīng)

10、。由于石粉本身有很高的強(qiáng)度，均勻分布在水泥石中可優(yōu)化粉料的級配，充當(dāng)骨架的作用。磨細(xì)后的石灰石微粒對硅酸三鈣的水化有明顯的晶核作用，能加速水泥熟料水化增強(qiáng)早期強(qiáng)度。同時(shí)為Ca(OH)2晶體的形成提供大量分散均勻的小晶核，避免Ca(OH)2沿特定方向生長成為大晶體從而使摻加有石灰石粉的混凝土能大大減少界面區(qū)Ca(OH)2的晶體缺陷，增強(qiáng)界面區(qū)的性能。使混凝土更趨近于連續(xù)均勻的整體結(jié)構(gòu)，相關(guān)研究指出石灰石粉在早期能提高水泥水化速率，而后期強(qiáng)度不增長。目前業(yè)內(nèi)擔(dān)心的問題 石灰石粉被定性為非活性材料，目前參照水泥砂漿和混凝土用天然火山灰質(zhì)材料標(biāo)準(zhǔn)測試標(biāo)準(zhǔn)測試石灰石粉的活性，但這個(gè)系數(shù)不應(yīng)理解為石灰石粉

11、的活性系數(shù)，而應(yīng)該理解為石灰石粉作為膠凝材料取代水泥后對原膠凝材料體系的影響因數(shù)。從這個(gè)意義上來講，不僅石灰石粉可以經(jīng)磨細(xì)后應(yīng)用于混凝土，其他材質(zhì)的石材或石粉也可以經(jīng)磨細(xì)后應(yīng)用于混凝土的膠凝材料體系。尤其是建筑一些本身多孔材料，破碎后不宜用于粗骨料或細(xì)骨料的建筑廢棄物。5 石灰石粉在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)5.1控制單位用水量。單位用水量的多少不僅關(guān)乎混凝土生產(chǎn)的成本，更是決定決定硬化后混凝土的耐久性的關(guān)鍵因素。眾所周知，混凝土的強(qiáng)度主要取決于水膠比。在實(shí)際生產(chǎn)中為了獲得良好的和易性，許多生產(chǎn)企業(yè)不惜將單位用水量提高1020Kg以迎合客戶方便施工的無理要求。殊不知隨著單位用水量的提高不僅水泥用

12、量增加，混凝土生產(chǎn)成本上升，由于水泥石的缺陷增加混凝土的耐久性大大降低。5.2控制石灰石粉的品質(zhì)，尤其是含泥量，亞甲藍(lán)值。石灰石粉的品質(zhì)主要與母巖的品質(zhì)決定，同時(shí)受生產(chǎn)工藝的影響。在石灰石粉的生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制母巖中風(fēng)化物的含量，進(jìn)而達(dá)到產(chǎn)品的零含泥。這對于保證混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要。5.3控制機(jī)制砂中的石粉含量。 機(jī)制砂中石粉含量在不同地區(qū)差別很大。這主要是生產(chǎn)工藝的不同造成的。5.4保證最少水泥用量，同時(shí)與其他礦物摻合料復(fù)合使用。 在混凝土的膠凝體系中水泥水化產(chǎn)物是最重要的膠凝劑，它將粗細(xì)集料粘合在一起形成混凝土結(jié)構(gòu)。在Mehta P.K的混凝土微觀結(jié)構(gòu)、性能和材料一書中指出，在硬化混凝

13、土的結(jié)構(gòu)中，填充在粗細(xì)集料之間的水化水泥漿體包括四個(gè)固相和類型。分別是水化硅酸鈣相（占固相體積的50%60%），氫氧化鈣晶體（占固相體積的2025%），硫鋁酸鈣相（占固相體積的15%20%），其余部分為未水化的水泥顆粒。石灰石粉的摻入本質(zhì)上是要將未水化的水泥替換為石粉填充，但不能影響整個(gè)體系的膠結(jié)強(qiáng)度。因此在石灰石粉應(yīng)用時(shí)要強(qiáng)調(diào)最少水泥用量以保證混凝土的強(qiáng)度。5.6加強(qiáng)后期的養(yǎng)護(hù)工作?；炷恋暮笃跐菜B(yǎng)護(hù)對混凝土的裂縫控制尤其重要，由于石灰石粉漿體本身粘度較低，表面光滑容易失水干縮。因此相對于普通混凝土，石灰石粉混凝土更需要關(guān)注后期的養(yǎng)護(hù)工作以獲得良好的使用性能。6 結(jié)語石灰石粉作為礦物摻合料

14、應(yīng)用于混凝土中主要是起填充和骨架作用，能均勻分散水泥顆粒，并在水泥水化過程中起晶核作用從而加快水泥熟料的早期水化速度，提高混凝土的早期強(qiáng)度?，F(xiàn)代混凝土設(shè)計(jì)思路是低漿配合比，低水泥用料，低單位用水量。砂率增大會(huì)增加混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)。建筑垃圾由于其來源既有砂漿又有混凝土和磚瓦等孔隙率大的顆粒，目前很多科研人員力圖將建筑垃圾破碎生產(chǎn)成混凝土的粗細(xì)骨料，應(yīng)用于可再生混凝土，雖然生產(chǎn)成本低廉，但由于產(chǎn)品本身的強(qiáng)度不高，吸水率較大，造成生產(chǎn)的混凝土強(qiáng)度大幅降低。故大部分可再生混凝土只能應(yīng)用于地面硬化等對混凝土強(qiáng)度要求比較低的工程結(jié)構(gòu)中?，F(xiàn)在參照石灰石粉的應(yīng)用機(jī)理，可以將磨細(xì)的建筑垃圾作為混凝土膠凝體系的一

15、部分應(yīng)用于混凝土，這對于緩解建筑垃圾的污染和混凝土原材料的缺乏都有重要的意義。參考文獻(xiàn) 1 潘明南.超細(xì)石灰石粉對高強(qiáng)高性能混凝土的性能影響J.山西建筑,2008(30期):187.2 楊柳,宋少民.石灰石粉與礦物摻合料復(fù)摻對混凝土工作性及強(qiáng)度的影響J.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),2010(2期):49-54.3 劉戰(zhàn)鰲,周明凱,姚楚康.細(xì)粉對機(jī)制砂亞甲藍(lán)值的影響研究J.混凝土,2013(11期):112-115.4 宋少民.石灰石粉在混凝土中應(yīng)用的綜述與研究_J.科技導(dǎo)航,出版年缺失(期缺失):頁碼范圍缺失.5Pierre-Claude Aitcin , Cements of yesterday and today Concrete of tomorrow J. Cement and Concrete Research 30（2000）1349-13596 陳飚等.石粉含量對C80機(jī)制砂混凝土性能的影響J.武漢理工