磨細(xì)石灰?guī)r石粉作常態(tài)混凝土混合材研究與應(yīng)用

白延慶

（中國水利水電第八工程局有限公司 長沙市 410007）

近年來國內(nèi)外水泥界在硅酸鹽水泥中摻加石灰石混合材的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，生產(chǎn)石灰石硅酸鹽水泥已有較高的技術(shù)水平，其石灰石混合材的摻量可達(dá)30%。如何擴(kuò)大常態(tài)混凝土中混合材資源，緩解某些國家和地區(qū)活性混合材緊缺狀況，以及如何有效利用高標(biāo)號水泥拌制低強(qiáng)度混凝土等問題。都是應(yīng)該積極研究并需要盡快解決的問題。為此，水電八局有限公司充分利用柬埔寨甘再電站現(xiàn)有資源，積極探索，不斷實(shí)踐，基本解決了磨細(xì)石灰石石粉在常態(tài)混凝土中的應(yīng)用，極大地解決了甘再電站活性混合材緊缺而影響施工工期的問題，而且，降低了工程造價(jià)，為企業(yè)帶來明顯的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)了企業(yè)的市場競爭力。

1 石灰?guī)r石粉理化分析

石灰?guī)r經(jīng)破碎到一定粒徑后，采用雷蒙機(jī)或棒磨機(jī)加工成的粒徑小于80 μm的粉狀物料，其外觀呈青灰色或灰白色。

石灰?guī)r石粉的物理性質(zhì)：松散容重＜1 100 kg/m3，比重跟母巖接近：2.7左右。需水量比101%～105%，滿足我國Ⅱ級粉煤灰對需水比的控制要求。本次試驗(yàn)使用的石粉其45 μm方孔篩篩余為23%，比表面積373 cm2/g石灰?guī)r石粉化學(xué)成分如表1。石灰?guī)r石粉的化學(xué)成分主要與母巖的特性有關(guān)，主要以CaO、SiO2成分為主，兩者的含量在55%以上。

表1 石粉化學(xué)成份分析 %

2 石灰?guī)r石粉細(xì)度與表面積關(guān)系

為便于現(xiàn)場及時掌握所生產(chǎn)的石粉質(zhì)量，并對其進(jìn)行動態(tài)質(zhì)量控制。我們對雷蒙機(jī)和棒磨機(jī)加工的石灰石石粉，隨機(jī)抽樣，同時測定45 μm方孔篩篩余含量及比表面積。并建立相對應(yīng)的關(guān)系，見表2，利于采用簡便、快捷的試驗(yàn)方法，對石粉生產(chǎn)質(zhì)量進(jìn)行控制。

用雷蒙機(jī)生產(chǎn)并經(jīng)風(fēng)選系統(tǒng)處理過的石粉，隨著細(xì)度的增大，比表面積隨之減少；而用棒磨機(jī)生產(chǎn)又沒經(jīng)過風(fēng)選的石粉，關(guān)系不是很明顯，主要原因是棒磨機(jī)制石粉的顆粒不均勻所致。但從測試的比表面積及細(xì)度指標(biāo)來看，其值在一定的工藝條件下，均波動較小，這有利于現(xiàn)場對石粉的質(zhì)量控制。

表2 石粉細(xì)度與表面積的關(guān)系表

3 磨細(xì)石粉作常態(tài)混凝土摻合料試驗(yàn)論證

試驗(yàn)以甘再水電站工程為依托，針對甘再工程各混凝土結(jié)構(gòu)物施工特點(diǎn)，擬采用石灰?guī)r石粉（S）全部替代粉煤灰（F）作為常態(tài)混凝土摻合料應(yīng)用于工程施工中。

試驗(yàn)采用甘再電站工程使用的原材料，進(jìn)行不同摻量對比的試驗(yàn)研究，從常態(tài)混凝土各種力學(xué)、干縮變形、抗?jié)B性、施工性能等方面進(jìn)一步論證磨細(xì)石粉作為混凝土摻合料的可行性。

3.1 原材料檢測

3.1.1 水泥品質(zhì)檢測

本次試驗(yàn)采用柬埔寨貢布水泥廠生產(chǎn)的“K”牌硅酸鹽TYPEⅠ型水泥，其水泥物理檢驗(yàn)成果如表3；檢測結(jié)果表明，物理性能均能滿足GB175-2007中國水泥標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.2 粉煤灰品質(zhì)檢測

試驗(yàn)用粉煤灰為廣西田東電廠粉煤灰，根據(jù)《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1956-2005）檢驗(yàn)，其品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果見表4，從檢驗(yàn)結(jié)果來看：滿足GB/T 1956-2005Ⅱ級灰標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.1.3 砂石骨料品質(zhì)檢測

現(xiàn)場試驗(yàn)使用的砂石骨料為左岸砂石系統(tǒng)生產(chǎn)的人工骨料，試驗(yàn)用砂的細(xì)度模數(shù)為2.80，屬中砂，石粉含量14.29%。能基本滿足碾壓混凝土用砂的要求；砂、石的檢測成果分別見表5、6。

表3 水泥物理性能檢測成果表

表4 粉煤灰品質(zhì)試驗(yàn)成果表

表5 砂檢測成果表

3.1.4 外加劑品質(zhì)檢測

試驗(yàn)采用的外加劑有浙江龍游ZB-1常態(tài)型緩凝高效減水劑，湖南騰達(dá)科技TG-1引氣劑。根據(jù) 《水工混凝土外加劑技術(shù)規(guī)程》（DL/T 5100-1999）檢測結(jié)果列于表7。

表6 粗骨料（石）檢測成果表

3.2 磨細(xì)石粉對普通混凝土基準(zhǔn)用水、砂率以及力學(xué)性能的影響

普通混凝土用水量與砂率試驗(yàn)采用柬埔寨貢不生產(chǎn)的“K”牌TYPEⅠ型水泥（KTC），甘再砂石項(xiàng)目部雷蒙機(jī)制石粉，浙江龍游生產(chǎn)的ZB-1RCC15常態(tài)型減水劑。常態(tài)混凝土塌落度（80～100）mm，石子級配 60∶40。 其試驗(yàn)結(jié)果列于表 8。

表8試驗(yàn)結(jié)果表明：常態(tài)混凝土中隨著石粉摻量的增加，用水量相應(yīng)提高。

3.3 磨細(xì)石粉混凝土水膠比與強(qiáng)度關(guān)系

混凝土水膠比與強(qiáng)度關(guān)系試驗(yàn)：緩凝高效減水劑摻量0.8%，引氣劑摻量按混凝土含氣量3%～5%進(jìn)行調(diào)整?；炷潦蛹壟?60∶40，分別從低到高選擇4個不同的水膠比進(jìn)行試驗(yàn)，其混凝土強(qiáng)度曲線試驗(yàn)結(jié)果列于表9。水膠比與強(qiáng)度關(guān)系式列于表10。

RC——水泥膠砂抗壓強(qiáng)度；

R——混凝土抗壓強(qiáng)度。

3.4 磨細(xì)石粉對混凝土干縮變形的影響

常態(tài)混凝土干縮試驗(yàn)：緩凝高效減水劑摻量0.8%，引氣劑摻量按混凝土含氣量3%～5%進(jìn)行調(diào)整，石子級配60∶40，石粉摻量采用10%、20%及30%，并對半摻田東粉煤灰進(jìn)行試驗(yàn)干縮試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果列于表11。

試驗(yàn)結(jié)果表明：不管是全摻石粉還是對半摻石粉和粉煤灰的常態(tài)混凝土，其干縮值偏大，單摻石粉干縮值要比混摻石粉和煤灰的干縮值要大。

3.5 磨細(xì)石粉對混凝土耐久性的影響

在普通混凝土中摻入石粉替代粉煤灰，當(dāng)混凝土水膠比為0.55時，即使摻30%的石粉，其抗?jié)B等級可達(dá)W8，抗凍等級達(dá)F50。試驗(yàn)結(jié)果見表12。

4 磨細(xì)石粉在甘再電站工程的應(yīng)用情況

為了進(jìn)一步驗(yàn)證石粉能否在工程施工中實(shí)際應(yīng)用，解決由于當(dāng)時受清關(guān)的影響，粉煤灰運(yùn)不到工地而影響混凝土施工停滯的問題，經(jīng)建設(shè)各方同意，依據(jù)常態(tài)混凝土中摻石粉室內(nèi)試驗(yàn)成果，甘再電站反調(diào)節(jié)堰及PH1縱向圍堰工程混凝土施工中采用了石粉全部替代粉煤灰，所用的混凝土配合比列于表13，機(jī)口隨機(jī)取樣的混凝土抗壓強(qiáng)度列于表14。

表7 外加劑品質(zhì)檢測成果表

表8 普通混凝土基準(zhǔn)用水量與砂率試驗(yàn)成果

表9 普通混凝土強(qiáng)度曲線試驗(yàn)結(jié)果

表10 普通混凝土水膠比與強(qiáng)度關(guān)系式

表11 不同石粉摻量、不同齡期常態(tài)混凝土干縮試驗(yàn)成果

表12 混凝土抗凍和抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

表13 甘再電站工程普通混凝土摻石粉施工配合比

表14 甘再電站工程普通混凝土摻石粉抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)成果

使用情況表明：在常態(tài)混凝土中摻入石粉，甘再電站工程各工程部位施工的各種等級的混凝土均達(dá)到或超過相應(yīng)的混凝土設(shè)計(jì)等級，合格率為100%。這不但緩解了由于混凝土中摻合料的短缺，影響施工進(jìn)度的難題，而且更有力的解決了由于高標(biāo)號KTC水泥配制低強(qiáng)度混凝土而帶來施工困難的問題。從而改善了混凝土的施工性能，節(jié)約了水泥用量，簡化了水工混凝土的溫控措施，保證了工程進(jìn)度。

5 結(jié) 語

通過我們的試驗(yàn)研究并在結(jié)構(gòu)物中加以實(shí)際論證，根據(jù)現(xiàn)有的試驗(yàn)結(jié)果對石粉在常態(tài)混凝土中的應(yīng)用情況歸納如下：

（1）石灰?guī)r石粉的現(xiàn)場質(zhì)量控制，可根據(jù)工程情況參照國標(biāo) 《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596-2005）和建材行業(yè)專業(yè) 《石灰石硅酸鹽水泥》〈JC 600-2002〉標(biāo)準(zhǔn)，制定適合工程的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)；石灰?guī)r石粉需磨細(xì)后進(jìn)行使用，磨得越細(xì)，其微集料效應(yīng)越得到充分發(fā)揮。

（2）根據(jù)石灰?guī)r石粉在甘再電站工程中的使用經(jīng)驗(yàn)，用于生產(chǎn)石粉的原料盡量與混凝土用骨料料源保持一致，由于石粉比粉煤灰的密度大，其顆粒型狀較差，儲放時易壓緊結(jié)塊，建議石粉的含水率控制＜1.0%；石粉中的含泥量應(yīng)嚴(yán)格控制，用亞甲藍(lán)法試驗(yàn)，含泥量≤1.4%。

（3）由于石灰?guī)r石粉屬惰性材料，摻入混凝土中對混凝土后期強(qiáng)度影響不大。故在應(yīng)用前應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)和施工要求確定合適的摻加方法及摻量。

（4）本項(xiàng)技術(shù)將在其它類似的工程有著廣泛的應(yīng)用推廣前景，石粉可大幅度降低混凝土絕熱溫升。由于微集料效應(yīng)，還可以改善混凝土的致密性，其應(yīng)用前景廣闊。