磨細(xì)石粉在混凝土中的應(yīng)用

周潔，楊正剛

（1.吳江市遠(yuǎn)通混凝土制品有限公司，江蘇 吳江 215211；2.無(wú)錫市德濟(jì)商品混凝土有限公司，江蘇 無(wú)錫 214142）

磨細(xì)石粉在混凝土中的應(yīng)用

周潔1，楊正剛2

（1.吳江市遠(yuǎn)通混凝土制品有限公司，江蘇 吳江 215211；2.無(wú)錫市德濟(jì)商品混凝土有限公司，江蘇 無(wú)錫 214142）

本文著重研究了磨細(xì)石粉作為摻合料在混凝土中的應(yīng)用，結(jié)果表明：磨細(xì)石粉并非一種惰性材料，其代替粉煤灰應(yīng)用于混凝土中時(shí)，混凝土的工作性能、抗壓強(qiáng)度明顯提高，收縮和抗?jié)B等耐久性指標(biāo)也明顯改善。尤其在應(yīng)用于低水膠比、高強(qiáng)度混凝土?xí)r，可顯著降低混凝土的粘度，提升混凝土的流動(dòng)性能。

磨細(xì)石粉；混凝土；工作性；耐久性

0 前言

近年來(lái)隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，基礎(chǔ)建設(shè)力度不斷加大，作為混凝土優(yōu)質(zhì)摻合料的粉煤灰和礦粉日益短缺。由于市場(chǎng)需求大、利潤(rùn)豐厚，許多不法商家供應(yīng)的粉煤灰和礦粉都存在以次充好的情況，向粉煤灰和礦粉中摻入了大量的不明來(lái)源的工業(yè)廢渣，導(dǎo)致粉煤灰和礦粉的質(zhì)量波動(dòng)大。由于粉煤灰和礦粉自身的化學(xué)體系較為復(fù)雜，難以通過(guò)便捷的方法迅速地檢定其質(zhì)量，因此給混凝土的質(zhì)量控制帶來(lái)了較大難度[1-2]。

磨細(xì)石粉（石粉）主要是石灰?guī)r經(jīng)機(jī)械加工后小于0.16mm 的微細(xì)粒，在國(guó)外已經(jīng)應(yīng)用多年，近年來(lái)受到了國(guó)內(nèi)混凝土學(xué)界的熱捧[3-8]。本公司試驗(yàn)人員也對(duì)其展開了深入的研究，并嘗試找出一條便捷的快速檢測(cè)方法，為未來(lái)更好地控制混凝土的質(zhì)量提供技術(shù)儲(chǔ)備。

1 原材料

水泥：金峰 P·O42.5 水泥，3d 水泥強(qiáng)度為 28.3MPa； 28d水泥強(qiáng)度為 49.5MPa；

礦粉：蘇州馬嘉礦粉，比表面積 403m2/kg，28d 活性指數(shù) 99%；

粉煤灰：蘇州望電 Ⅱ 級(jí)灰，45μm 方孔篩篩余 18%，燒失量 1.5%；

粗骨料：5～31.5mm 碎石，含泥量 0.5%；

細(xì)骨料：中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.7，含泥量1.7%；

水：市政自來(lái)水；

減水劑：蘇州弗克 RX-1 型聚羧酸高性能減水劑，減水率25%。

磨細(xì)石粉：比表面積為 500 m2/kg。

影響磨細(xì)石粉的質(zhì)量指標(biāo)主要有兩個(gè)，其一是細(xì)度，可以方便地用負(fù)壓篩或勃氏比表面積儀測(cè)出；其二是石粉中的CaCO3的純度。

石粉中的 CaCO3的純度可以通過(guò)檢測(cè)的 CO2含量間接地反映，方法亦可以有兩種：（1）可以測(cè)定其燒失量來(lái)間接反映 CaCO3的純度，（2）可以通過(guò)向磨細(xì)石粉中加入過(guò)量鹽酸，待反映完畢后，稱量鹽酸所不能溶解的物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)間接反映 CaCO3的純度。這兩種方法操作簡(jiǎn)便，對(duì)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)員的要求均不高，檢測(cè)迅速。雖然這兩種方法并不能區(qū)分CaCO3和 MgCO3，但由于 CaCO3和 MgCO3對(duì)混凝土強(qiáng)度和和易性的影響差異并不明顯，所以這種快速檢測(cè)方法對(duì)于混凝土的質(zhì)量控制非常實(shí)用。

表1 粉料化學(xué)成分分析 %

2 試驗(yàn)方法

膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)：按 GB /T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，參照 GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》檢測(cè)粉煤灰和磨細(xì)石粉的活性。

混凝土拌合物性能試驗(yàn)：按 GB/T50080—2002 《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)：按 GB/T50081—2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

混凝土的干縮性能試驗(yàn)：混凝土變形按 DL/ T5150—2001《 水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》 之 4. 9 進(jìn)行測(cè)試。

混凝土抗?jié)B性能試驗(yàn)：采用頂面直徑為 175mm、底面直徑為 185mm、高度為 150mm 的圓臺(tái)體試件，按照 JTJ053—1994 《公路工程水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 磨細(xì)石粉代替粉煤灰的對(duì)混凝土工作性能的影響

調(diào)整混凝土的配合比，分別檢測(cè)低、中、高強(qiáng)度等級(jí)（C15/C30/C50）混凝土中磨細(xì)石粉代替粉煤灰后混凝土的工作性能：測(cè)定混凝土的坍落度、擴(kuò)展度，并用倒坍落度筒的方法檢測(cè)混凝土的流動(dòng)性能。

表 2 混凝土配合比 kg/m3

表 3 磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土工作性能的影響

磨細(xì)石粉代替粉煤灰后，在低、中、高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中其工作性能都有一定程度的提升，尤其是高強(qiáng)度等級(jí)混凝土，由于膠凝材料總量較高，使用粉煤灰時(shí)其粘度較大，擴(kuò)展度相對(duì)較低，倒坍落度筒時(shí)間較長(zhǎng)，而在使用磨細(xì)石粉時(shí)，這種粘度大的情況大為改善，混凝土流動(dòng)性能變得較為理想。據(jù)分析，磨細(xì)石粉的需水量比要低于粉煤灰，磨細(xì)石粉起到了減水作用，所以在未調(diào)整混凝土用水量的前提下，混凝土的工作性必然得到改善，此外圓整度較高的石粉還起到微滾珠作用，減小了砂石間的摩擦力，從而改善了混凝土的和易性。

3.2 磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)水泥和混凝土力學(xué)性能的影響

參照 GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》測(cè)定磨細(xì)石粉及粉煤灰的需水量比和活性指數(shù)，并參照 GB/T 50081－2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》檢驗(yàn)?zāi)ゼ?xì)石粉取代粉煤灰后混凝土的 7d 和 28d 強(qiáng)度，結(jié)果見表 4。

表 4 不同細(xì)度磨細(xì)石粉的需水量比和活性指數(shù)

表5 磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

結(jié)果顯示，在膠砂體系中，磨細(xì)石粉相較于粉煤灰有更低的需水量比，更高的活性指數(shù)，早期的活性指數(shù)更為明顯。在混凝土中，磨細(xì)石粉相對(duì)于粉煤灰有著更好的活性，并且早期活性的提升更為突出，強(qiáng)度等級(jí)越高，其相較于粉煤灰的優(yōu)勢(shì)越明顯。這是因?yàn)槭墼谒嗨缙趯?duì) Ca(OH)2和 C-S-H 的形成起晶核作用，加速了熟料礦物特別是 C3S 礦物的水化，有利于早期強(qiáng)度的改進(jìn)；而粒徑較小、顆粒圓整度較高的磨細(xì)石粉由于其良好的填隙作用導(dǎo)致膠砂和混凝土試塊的密實(shí)度增加，因而其 28d 強(qiáng)度（活性指數(shù)）亦高于粉煤灰，在富膠凝體系中，這種填隙作用更為明顯，所以高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中使用磨細(xì)石粉更有優(yōu)勢(shì)。粉煤灰雖然具有火山灰效應(yīng)，但大量的試驗(yàn)證明，在硅酸鹽體系中，粉煤灰活性的發(fā)揮一般在 60d 以后才變得明顯。

3.3 磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土干縮性能的影響從表 6 混凝土干縮結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，磨細(xì)石粉取代粉煤灰后其早期干縮率相當(dāng)，但長(zhǎng)齡期干縮率在下降，原因在于石粉中許多微細(xì)粒子具有填充作用，使混凝土孔結(jié)構(gòu)細(xì)化并增加了毛細(xì)孔的曲折程度，適量的石粉對(duì)混凝土的干縮起到了一定的抑制作用。雖然磨細(xì)石粉在水泥水化早期有促進(jìn)熟料礦物水化的性能，這種水化的加速會(huì)導(dǎo)致混凝土的干縮增加，但由于其對(duì)孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化作用抵消了這部分的干縮值，因此，從整體來(lái)看，磨細(xì)石粉替代粉煤灰后有利于混凝土干縮性能的改善。

表 6 磨細(xì)石粉取代粉煤灰后對(duì)混凝土干縮性能的影響

3.4 磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

表 7 磨細(xì)石粉代替粉煤灰對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響

抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果顯示：磨細(xì)石粉取代粉煤灰后，相對(duì)滲透系數(shù)都有所降低，其主要原因也是由于粒徑較小、顆粒圓整度較高的磨細(xì)石粉由于其良好的填隙作用導(dǎo)致了混凝土的密實(shí)度增加，檢測(cè)試件的碳化發(fā)現(xiàn)磨細(xì)石粉取代粉煤灰后混凝土的碳化深度明顯降低，這也從另一方面反映了磨細(xì)石粉對(duì)混凝土抗?jié)B性能的改善作用。

4 結(jié)論（1）磨細(xì)石粉取代粉煤灰后混凝土的工作性能明顯改善，尤其在應(yīng)用于低水膠比、高強(qiáng)度混凝土?xí)r，可顯著降低混凝土的粘度，提升混凝土的流動(dòng)性能。

（2）磨細(xì)石粉并非一種惰性材料，相較于粉煤灰其 7d和 28d 活性都有所提高，早期活性的提高更為明顯。

（3）磨細(xì)石粉由于其良好的填隙作用和對(duì)混凝土孔結(jié)構(gòu)的細(xì)化作用，取代粉煤灰后混凝土的收縮和抗?jié)B等耐久性指標(biāo)也明顯改善。

[1] 唐嬋娟，吳笑梅，樊粵明，等．細(xì)磨磨細(xì)石粉對(duì)水泥性能的影響[J]．水泥，2008(8): 1-5．

[2] 聶法智，邢文琪，樊小燕．石粉在自密實(shí)混凝土中的應(yīng)用[J]．混凝土，2009(04)：93-94．

[3] BONAVETTIV, DONZAH. Limestone filler cement in low w/c concrete. A rational use of energy[J].Cement and Concrete Research,2003,33(9):865-871.

[4] 饒美娟，劉數(shù)華，方坤河．磨細(xì)石粉在水工混凝土中的應(yīng)用研究綜述[J]．人民長(zhǎng)江，2009, 40(20): 41-43．

[5] 劉數(shù)華，閻培渝．磨細(xì)石粉對(duì)水泥漿體填充效應(yīng)和砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響[J]．硅酸鹽學(xué)報(bào)，2008, 36(1): 69-72．

[6] 肖佳，金勇剛，勾成福，等．磨細(xì)石粉對(duì)水泥漿體水化特性及孔結(jié)構(gòu)的影響[J]．中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2010, 41(6): 2313-2320．

[7] 陳劍雄，李鴻芳，陳寒斌，等．摻超細(xì)石灰石粉和鈦礦渣粉超高強(qiáng)混凝土研究[J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2005, 8(6): 672-676．

[8] 郭育霞，貢金鑫，李晶．石粉摻量對(duì)混凝土力學(xué)性能及耐久性的影響[J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2009, 12(3): 266-271．

［通訊地址］吳江市遠(yuǎn)通混凝土制品有限公司（215211）

周潔（1986—），女，助理工程師，從事水泥基建筑材料的生產(chǎn)與研究。