石灰石粉應(yīng)用于混凝土中的若干問(wèn)題研究

鄧春林

（重慶拉法基智深混凝土有限公司，重慶 401220）

0 引言

近年來(lái)，磨細(xì)石灰石粉在我國(guó)混凝土行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，試驗(yàn)證明磨細(xì)石灰石粉具有一定的活性，能夠替代混凝土中的部分水泥和粉煤灰，同時(shí)能夠改善混凝土和易性和流變性，具有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，其作用機(jī)理為：一是晶核效應(yīng)，促進(jìn) C3S 水化，促進(jìn) C3A 反應(yīng)，有利于混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展；二是在化學(xué)作用上，碳酸鋁鹽的形成，抑制 Aft向 Afm 轉(zhuǎn)變，硅酸鹽水泥：C3A+CaSO4→AFt（鈣礬石），C3A+AFt→Afm（單硫型硫鋁酸鈣），當(dāng)石灰石存在時(shí)：C3A+CaCO3→Mc/Hc（單碳/半碳鋁酸鈣），該機(jī)理得到了廣泛的驗(yàn)證和應(yīng)用。本文所指的磨細(xì)石灰石粉是采用石灰?guī)r碎石粉磨出來(lái)的產(chǎn)品，有別于在生產(chǎn)碎石和機(jī)制砂的過(guò)程中產(chǎn)生的石灰石粉。

國(guó)內(nèi)一些專家研究表明，磨細(xì)石灰石粉替代 5%～10%水泥時(shí)，混凝土早期強(qiáng)度有所提高，28 天強(qiáng)度基本保持不變，但是磨細(xì)石灰石粉替代水泥的比例不宜超過(guò) 20%，否則強(qiáng)度會(huì)呈直線下降。在磨細(xì)石灰石粉的應(yīng)用當(dāng)中，需要注意一些問(wèn)題，才能夠產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益、避免出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。有的地區(qū)存在將磨細(xì)石灰石粉冒充礦渣粉進(jìn)行銷售，而混凝土攪拌站將這樣的偽“礦粉”當(dāng)作真礦粉來(lái)使用，在混凝土生產(chǎn)中按照 S75 甚至 S95 級(jí)礦粉進(jìn)行生產(chǎn)，這種不規(guī)范的做法會(huì)產(chǎn)生極大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，畢竟石灰石粉不是礦粉，二者不能等同。因此，在磨細(xì)石灰石粉的應(yīng)用當(dāng)中，我們必須要注意在配合比設(shè)計(jì)、材料檢驗(yàn)、混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制方面層層把控，才能正確應(yīng)用磨細(xì)石灰石粉，防止造成質(zhì)量事故。

1 石灰石粉活性與細(xì)度的關(guān)系、細(xì)度與成本的關(guān)系

研究表明，要使石灰石粉具有較好的活性和經(jīng)濟(jì)性，需要將石灰石粉細(xì)度控制在一定范圍內(nèi)。比較準(zhǔn)確的表示石灰石粉細(xì)度的指標(biāo)是比表面積，試驗(yàn)表明，當(dāng)磨細(xì)石灰石粉的比表面積低于 600cm2/g 時(shí)，其活性會(huì)呈現(xiàn)直線下降；而當(dāng)磨細(xì)石灰石粉比表面積大于 900cm2/g 后，其活性增長(zhǎng)非常微弱，同時(shí)粉磨石灰石粉的電耗會(huì)急劇上升，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加。因此磨細(xì)石灰石粉的比表面積宜控制在600～900cm2/g內(nèi)，這樣磨細(xì)石灰石粉既具有較好的活性也具有較低的生產(chǎn)成本，也就具有了一定的經(jīng)濟(jì)性和使用價(jià)值，能夠應(yīng)用于混凝土中，降低混凝土成本和提高混凝土性能。對(duì)于外購(gòu)磨細(xì)石灰石粉的商品混凝土企業(yè)來(lái)說(shuō)，在材料購(gòu)買合同中就一定要約定一些重要的質(zhì)量指標(biāo)，其中石灰石粉的細(xì)度就是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，它關(guān)系到混凝土成本和質(zhì)量，如果細(xì)度達(dá)不到要求，最終會(huì)影響混凝土的一系列性能；對(duì)于自行生產(chǎn)磨細(xì)石灰石粉的商品混凝土企業(yè)來(lái)說(shuō)，對(duì)細(xì)度的控制就比較方便了，綜合考慮生產(chǎn)成本來(lái)確定最佳的細(xì)度，如果在進(jìn)行粉磨的時(shí)候產(chǎn)生了粘球等現(xiàn)象還可以摻入一定量的粉煤灰來(lái)改善。圖1 為磨細(xì)石灰石粉的樣品，外觀呈灰白色，易起團(tuán)，堆積密度較小。

圖1 磨細(xì)石灰石粉樣品

2 磨細(xì)石灰石粉中泥粉含量對(duì)石灰石粉活性的影響

如果在磨細(xì)石灰石粉的生產(chǎn)過(guò)程中帶入了泥土，就會(huì)使得石灰石粉含泥量過(guò)大，極大的影響石灰石粉的活性以及混凝土的性能，如泥粉吸附外加劑造成混凝土坍落度損失過(guò)大，混凝土強(qiáng)度因石灰石粉含泥量大而下降，混凝土耐久性也會(huì)受到較大的影響。因此，在石灰石粉生產(chǎn)過(guò)程中，應(yīng)該先將石灰?guī)r中的泥土和雜質(zhì)去除，再進(jìn)入磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行粉磨，這樣生產(chǎn)出來(lái)的磨細(xì)石灰石粉才可能具有較高的品質(zhì)。圖2為可用于磨細(xì)石灰石粉生產(chǎn)的潔凈 20～40mm 石灰?guī)r碎石。目前對(duì)于磨細(xì)石灰石粉內(nèi)泥粉含量還沒(méi)有一個(gè)較為準(zhǔn)確的方法進(jìn)行測(cè)定，比較通行的做法是參考人工砂亞甲藍(lán)試驗(yàn)，使用亞甲藍(lán)試劑對(duì)石灰石粉的含泥量進(jìn)行判定，可以考慮按人工砂試樣質(zhì)量的 10%～15% 做為石粉試樣的質(zhì)量，這樣結(jié)果才有參考作用，因?yàn)樵谧鋈斯ど皝喖姿{(lán)試驗(yàn)時(shí)人工砂的石粉含量通常在 10%～15% 內(nèi)，如果稱取和人工砂同樣質(zhì)量的石灰石粉進(jìn)行亞甲藍(lán)試驗(yàn)試驗(yàn)時(shí)，加入很多亞甲藍(lán)指示劑也不出現(xiàn)色暈，結(jié)果難于判定準(zhǔn)確。

圖2 用于生產(chǎn)磨細(xì)石灰石粉的20～40mm 潔凈石灰?guī)r碎石

3 石灰石粉混凝土長(zhǎng)期體積穩(wěn)定性

由于磨細(xì)石灰石粉細(xì)度比水泥還大，加入石灰石粉后，混凝土早期放熱速率加快，增加了混凝土因溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫的風(fēng)險(xiǎn)。目前石灰石粉應(yīng)用于混凝土中的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在制定，但是由于還缺乏對(duì)石灰石粉混凝土長(zhǎng)期體積穩(wěn)定性的相關(guān)研究，因此，在石灰石粉應(yīng)用時(shí)還是應(yīng)當(dāng)注意使用范圍，不宜用于重要工程或重要結(jié)構(gòu)部位，而從非結(jié)構(gòu)部位開(kāi)始應(yīng)用，避免對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性產(chǎn)生不利影響的風(fēng)險(xiǎn)。

4 石灰石粉水泥膠砂流動(dòng)性及石灰石粉與外加劑的適應(yīng)性

通過(guò)對(duì)不同細(xì)度的石灰石粉，以不同的摻量進(jìn)行水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)石灰石粉對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響：石灰石粉摻量提高，水泥膠砂流動(dòng)度顯著降低，石灰石粉的細(xì)度提高對(duì)膠砂流動(dòng)度影響不明顯，600cm2/g 時(shí)最好。由于石灰石粉細(xì)度遠(yuǎn)超過(guò)水泥，因此在摻入混凝土后，可以顯著改善混凝土和易性，增大混凝土初始坍落度。這是因?yàn)槭沂郾人喔?xì)，可以充分的填充水泥顆粒之間的間隙，在膠凝材料總量不變的情況下，增加了漿體的體積，有效降低了混凝土離析和泌水的可能性，但是通過(guò)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，摻入石灰石粉的混凝土坍落度損失顯著增大，尤其是混凝土的流動(dòng)性損失很快，1 小時(shí)后混凝土擴(kuò)展度減小，基本失去流動(dòng)性。其原因在于超細(xì)的石灰石粉吸附了外加劑，在繼續(xù)摻入外加劑后，混凝土又具有一定流動(dòng)性了。因此在石灰石粉混凝土的生產(chǎn)中，如果坍落度損失太大難以控制時(shí)，有條件的可以采用后摻外加劑的辦法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

5 石灰石粉在混凝土生產(chǎn)中的一些問(wèn)題分析

磨細(xì)石灰石粉極易受潮，并且受潮后易結(jié)團(tuán)，在筒倉(cāng)內(nèi)造成空拱現(xiàn)象，難以進(jìn)入螺旋輸送機(jī)，影響混凝土生產(chǎn)速度，因此必須嚴(yán)格控制石灰石粉在進(jìn)入筒倉(cāng)時(shí)的含水量，在進(jìn)入筒倉(cāng)后不宜貯存太久，應(yīng)盡快使用。圖3 為石灰石粉受潮后在筒倉(cāng)中的空拱現(xiàn)象。

對(duì)于摻磨細(xì)石灰石粉的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制來(lái)說(shuō)，應(yīng)該要注意幾點(diǎn)：一是混凝土坍落度損失問(wèn)題，需要提高混凝土坍落度以及坍落度經(jīng)時(shí)損失的檢測(cè)頻率，并定期進(jìn)行外加劑與磨細(xì)石灰石粉的適應(yīng)性試驗(yàn)，防止因適應(yīng)性出現(xiàn)問(wèn)題造成混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失過(guò)大，無(wú)法正常進(jìn)行混凝土澆筑，甚至導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題；二是要多留置不同齡期的試件，掌握混凝土強(qiáng)度發(fā)展規(guī)律，及時(shí)進(jìn)行配合比調(diào)整；三是對(duì)使用人工砂配制混凝土摻入磨細(xì)石灰石粉時(shí)，更應(yīng)該注意人工砂中石粉與磨細(xì)石灰石粉疊加對(duì)混凝土性能的影響。

圖3 石灰石粉在筒倉(cāng)中的空拱現(xiàn)象

6 結(jié)束語(yǔ)

石灰石粉在混凝土中科學(xué)、合理的應(yīng)用，有利于提高混凝土工程的質(zhì)量，同時(shí)提高石灰石粉在混凝土中的利用率，可以降低水泥用量，降低混凝土生產(chǎn)成本，促進(jìn)節(jié)能、降耗、低碳和可持續(xù)發(fā)展。磨細(xì)石灰石粉摻入到混凝土充當(dāng)摻合料，已成為今后混凝土工業(yè)的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，磨細(xì)石灰石粉還屬于一種新興的摻合材料，如何正確的使用磨細(xì)石灰石粉是今后需要全行業(yè)去總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和關(guān)注的問(wèn)題。每一種新型的材料在使用的過(guò)程中，都會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，如粉煤灰在 90 年代開(kāi)始應(yīng)用于混凝土當(dāng)中時(shí)，也有許多反對(duì)的聲音，認(rèn)為粉煤灰沒(méi)多大活性、在混凝土中摻入粉煤灰會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題，許多人都不敢去使用它，而事實(shí)證明，粉煤灰不僅具有活性而且能提高混凝土性能，使其從工業(yè)廢物變成了搶手的混凝土摻合料。因此，在應(yīng)用于混凝土中的時(shí)候，我們應(yīng)該敢為天下先，科學(xué)地去應(yīng)用磨細(xì)石灰石粉，只有我們掌握了磨細(xì)石灰石粉的特性，才能有效避免磨細(xì)石灰石粉在應(yīng)用的過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，在為企業(yè)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了綠色、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。