特別策劃：石灰石粉在商品混凝土中應用

特別策劃：石灰石粉在商品混凝土中應用

編者按：我國商品混凝土產(chǎn)量在近十年期間有了突飛猛進的增長，目前各地已出現(xiàn)原材料緊缺的現(xiàn)象，做為商品混凝土不可缺少的礦物摻合料如粉煤灰、礦粉在一些地區(qū)也日益緊缺。石灰石粉目前已成為新型的礦物摻合料，因其容易獲得，性價比高等原因在行業(yè)內(nèi)逐漸得到應用。目前已編制的《石灰石粉在混凝土中應用技術規(guī)程》即將在今年下半年發(fā)布實施。但石灰石粉也存在活性低、含泥量高等問題，使得其在混凝土中的應用需要通過實踐進行驗證。本期特別策劃希望能邀請相關專家和企業(yè)技術人員對石灰石粉的應用提出自己的意見和看法。

張偉（臨沂大學建筑學院，副教授）

（1）石灰石粉作為一種產(chǎn)品，質(zhì)量指標如含水量、細度、碳酸鈣含量、泥含量等應該有說明（該限制的指標規(guī)范要限制），而且質(zhì)量指標要穩(wěn)定；

（2）石灰石粉的摻量多少，要根據(jù)具體工程的外在環(huán)境、施工部位、耐久性要求等經(jīng)過試驗確定；

（3）石灰石粉，作為摻合料的一種，一般應該與粉煤灰或礦粉雙摻，為疊加發(fā)揮“形態(tài)效應、微集料效應和活性效應”創(chuàng)造條件；

（4）目前市場上出現(xiàn)混凝土“強效劑”、“增效劑”、“增強劑”、“減膠劑”等新型混凝土輔助外加劑，這類外加劑一般都具有激發(fā)混凝土摻合料水化的作用，可以考慮摻入以發(fā)揮石灰石粉作為新型摻合料的作用；

（5）混凝土實驗室，針對新型摻合料石灰石粉，應該多做試驗，反復驗證，全面考察混凝土長期的力學性能，耐久性能，確保工程質(zhì)量。

李福平(自貢永利干粉砂漿有限公司，技術經(jīng)理）

近年來，由于混凝土產(chǎn)量大幅增長及粉煤灰等摻合料的緊缺，磨細石灰石粉在我國混凝土行業(yè)中得到應用，《石灰石粉在混凝土中應用技術規(guī)程》的發(fā)布使得這一新材料在應用方面得到規(guī)范。需要注意的是，石灰石粉需要一定的細度，要使石灰石粉具有較好的活性和經(jīng)濟性，需要將石灰石粉細度控制在一定范圍內(nèi)。比較準確的表示石灰石粉細度的指標是比表面積，試驗表明磨細石灰石粉的比表面積宜控制在 600～800cm2/g 內(nèi)，低于 600cm2/g 則活性太低，這樣磨細的石灰石粉具有較好的活性和較低的生產(chǎn)成本。另外在磨細石灰石粉生產(chǎn)過程中還應控制含泥量，應選用潔凈的石灰?guī)r進行粉磨，含泥量過高會嚴重影響混凝土性能，如泥粉吸附外加劑造成混凝土坍落度損失過大，活性下降。在使用過程中還應對進場的石灰石粉進行外加劑適應性試驗，防止適應性不好出現(xiàn)質(zhì)量問題。磨細石灰石粉極易受潮，并且受潮后易結團，不宜儲存太長時間。石灰石粉在混凝土中科學、合理地應用，極大地拓展了混凝土摻合料的來源，可以減少水泥用量，實現(xiàn)節(jié)能、降耗、低碳和可持續(xù)發(fā)展。

吳慶嘉（昆山宏基混凝土有限公司，總工程師）

石灰石粉能不能摻入預拌混凝土中？石灰石的主要成分是 CaCO3，其 CaO 含量一般超過 45%，是水泥生產(chǎn)的主要原材料，在生產(chǎn)水泥時 CaCO3分解主要生成硅酸鹽礦物。早期水泥廠也有將石灰石粉摻入水泥中。但任何材料的使用都需要在試驗的基礎上了解其產(chǎn)生的效果及量度。從相關資料試驗中我們可以找到石灰石粉單摻可促使其膠材水化加快，當摻量達到 50% 時機理發(fā)生改變，影響很大。適量摻入石灰石粉的混凝土早期強度有所提高，而后期強度相差不多或略有提高。由此可推定大體積混凝土并不適宜于多摻石灰石粉。混凝土中摻入粉煤灰的同時適量摻入石灰石粉較為合理。

其二，有試驗表明石灰石粉與粉煤灰摻量相同時，其復合膠材的抗壓強度高于摻粉煤灰的，但摻量 ≥30% 時水化活性效應低于 1，后期更低，而粉煤灰與石灰石粉復合使用時高于前二者。石灰石粉小摻量對抗折強度影響不大，但隨石灰石粉摻量增大抗折強度會明顯下降，同時脆性系數(shù)也有提高。

其三，達到一定細度少量石灰石粉顆粒與水泥、粉煤灰、外加劑等充分攪勻分散作用下，顆粒粉體之間發(fā)生緊密堆積效應和填充效應，可適量減少混凝土用水量，改善混凝土孔結構，使混凝土內(nèi)部更加密實，這可能是由于石灰石粉改善硅酸鈣凝膠 Ca/Si 比，促進了礦物水化機理。

蔣正武（同濟大學先進土木工程材料教育部重點實驗室，博士）

石粉是機制砂中粒徑小于 0.075mm 的微細顆粒。石粉與泥粉有所不同，它與機制砂為同一母巖，礦物組成相同，是機制砂的一部分。目前，許多工程技術人員對機制砂中的石粉缺乏了解和認識，將石粉和泥粉混為一談，導致工程上限制或濫用石粉，往往帶來非預期效果。因此，正確認識石粉特性是其在混凝土中成功應用的關鍵。

石粉特性與母巖密切相關。不同母巖制備的石粉特性不一定一樣。目前，工程上廣泛使用的主要是石灰?guī)r石粉、砂巖石粉等。而玄武巖石粉與石灰?guī)r石粉特性完全不同，因此，在應用中不應簡單等同。

一般，適量石粉可以改善混凝土工作性、降低需水量，改善混凝土力學性能，改善混凝土的抗氯離子滲透性能和抗凍性能，對混凝土后期收縮具有一定抑制作用等。但一般石粉在混凝土中主要起填充料作用，基本上不參與水泥水化，并且對水化進程影響很小。但當石粉摻量過高時，其對混凝土性能的負面影響就會逐漸顯現(xiàn)出來，尤其對力學性能及長期耐久性等。

在實際應用中，控制石粉的品質(zhì)也是應用的關鍵技術之一。品質(zhì)關鍵參數(shù)應控制含泥量、細度等指標是確保其在實際應用中混凝土質(zhì)量的重要保證。

正確把握石粉這幾個方面的特性，是指導其在商品混凝土中合理、正確應用的關鍵。

田先忠（成都勘測設計研究院科研所，高級工程師）

目前很多工程建設項目受到材料運輸成本的限制，在混凝土設計思路上希望使用當?shù)氐亩栊曰蛘卟糠只钚允廴〈勖夯叶直仨氝_到大體積混凝土的施工要求?；炷林袚饺胧?，從某個角度來說相當于提高了人工砂中的石粉含量，無法全部作為膠材使用，石粉只是部分發(fā)揮其填充作用。國家標準對拌制混凝土中石粉含量做了嚴格的限制，含量過多的石粉對混凝土的性能有著不利的影響。

目前從生產(chǎn)機制砂的統(tǒng)計情況來看，未經(jīng)處理的機制砂石粉含量一般約為 30%～45%，遠遠大于規(guī)范的要求，多余的石粉，要通過篩分和水洗的方式清除，數(shù)據(jù)顯示，美國每年有四十億噸石粉被堆積在采石場附近，國內(nèi)雖然沒有統(tǒng)計數(shù)據(jù)，但近年來國內(nèi)基礎建設的大規(guī)模推進，隨之產(chǎn)生的石粉數(shù)目也將達到數(shù)十億/每年的規(guī)模，這樣大規(guī)模的石粉堆積，數(shù)量不斷增加，久而久之對環(huán)境的污染會越來越嚴重。

《石灰石粉在混凝土中應用技術規(guī)范》已經(jīng)頒布，這將規(guī)范石粉在混凝土中的運用技術，但石粉在混凝土中的運用技術仍有幾個問題需要進一步探討：

1 石粉細度的表征方法

一般用細度（45μm 方孔篩篩余）來表征石粉的級配，細度和比表面積存在一定的換算關系，用細度（45μm 方孔篩篩余）來表征對石粉的級配還是存在理論上的缺陷，試驗證明，當石粉的比表面積達到一定程度，磨細石粉取代水泥可以達到用 Ⅱ 級粉煤灰取代水泥強度的效果，當石粉細度達到納米級，材料性能會發(fā)生質(zhì)變。因此，用比表面積來表征石粉的細度更科學。

2 石粉摻量對混凝土抗裂性能的影響

目前國內(nèi)對石粉材料應用的研究大多集中于對石粉含量限制的挑戰(zhàn)，規(guī)范更多要求了摻石粉混凝土的強度性能，對抗裂性能的要求明顯不足，石粉在混凝土中的應用，最大的問題是會降低混凝土的抗裂性能，如極限拉伸值下降幅度較大，彈性模量提高較多。大體積混凝土設計應當將抗裂性能作為第一指標考慮，硅粉給定的石粉最大摻量為 30%，通過混凝土試驗，對抗裂性能的影響太大。目前，鮮有大體積混凝土摻加 30% 石粉的工程應用案例。

3 石粉的表面改性

表面改性技術是采用化學的、物理的方法改變材料表面的化學成分或組織結構以提高材料性能的一類處理技術。表面改性主要有四種方法：機械力化學改性、包膜法、偶聯(lián)劑法和無機納米包覆改性法。

目前，很多商品混凝土工廠將石粉和硅粉在球磨機混磨后取代粉煤灰使用，利用機械力將兩種材料表面“融化”而合成，就是機械力化學改性方法的原始做法，雖不規(guī)范但使用效果明顯。

石粉表面改性將對石粉在混凝土中的應用起到革命性的推動作用，對石粉賦予部分表面作用，例如表面的微活性、表面的親水性、表面的粘結性或顆粒激發(fā)作用等，可以達到改性石粉作為膠材使用的目的，對提高混凝土的密實性、力學性能，降低水化熱溫升、提高抗裂性能是有利的。

根據(jù)技術的發(fā)展和工程需求，進一步研究《改性石粉應用技術規(guī)范》是非常有必要的。

劉娟紅（北京科技大學，教授）

石灰石粉作為混凝土摻合料，有其重要的特點：其一，較純的石灰石粉（粘土含量低、碳酸鈣含量較高），需水量比低，可以大大降低混凝土單位體積用水量；其二，較細的細度，在混凝土中能更好的發(fā)揮微集料效應；其三，可以大幅度降低高強混凝土的粘性，降低泵送壓力，提高可泵性。評價石灰石粉質(zhì)量的好壞，首先應看其亞甲藍值（MB值），MB 值小，粘土質(zhì)含量少，吸附性能小。

有人認為：應限制石灰石粉使用。理由是：石灰石粉活性低且會導致碳硫硅鈣石的生成和腐蝕。筆者的觀點如下：

1 活性的問題

長期以來很多人致力于對提高礦物摻合料“活性指數(shù)”以及開發(fā)“活性激發(fā)劑”，過去這樣做可以理解，如果現(xiàn)在還這么認為則說明對現(xiàn)代混凝土膠凝材料活性認識方面存在一定的誤區(qū)。

二十多年前，我國的水泥活性低，混凝土的水灰比又較大，因此使用摻合料就需要關心其活性大小。如今的情況已發(fā)生了很大的變化。一方面，水泥活性的大大提高，粉磨細度高、又增加了早強成分，導致在較低水膠比時水泥用量高的混凝土 28d 后的強度不增長或倒縮現(xiàn)象。另一方面，由于高效減水劑等化學外加劑和礦物摻合料日益廣泛地應用，大幅度降低混凝土水膠比，以獲得工程所要求的早期強度已經(jīng)不是什么難題，但這類混凝土早期開裂敏感度很大，工程中早期開裂的現(xiàn)象比比皆是。

高細度、低活性的石灰石粉屬于活性低的摻合料，可以減小溫度應力，改善混凝土早期開裂敏感度。其顆粒比水泥顆粒小，具有良好的形態(tài)效應和填充效應，表面光滑的石灰石粉顆粒分散在水泥顆粒之間，起到分散作用，促使水泥顆粒的解絮；同時部分水泥被取代，水泥的用量降低，整個體系反應速度也隨之減緩，因此工作性能得到改善，減小了坍落度的損失。石灰石粉填充在水泥顆粒之間，改善了膠凝材料的顆粒級配；另外填充在界面的空隙中，使水泥石結構和界面結構更為致密，提高了水泥石強度和界面強度。

因此，在選用摻合料時不要過分強調(diào)“活性指數(shù)”，應根據(jù)混凝土的強度等級、水膠比、結構尺寸來選用摻合料。在礦物摻合料的發(fā)展方向上應走出“活性指數(shù)”的誤區(qū)，根據(jù)需要，選擇具有不同潛在活性的礦物摻合料。

2 石灰石粉導致碳硫硅鈣石的生成和腐蝕問題

本世紀初有專家引入了有關混凝土碳硫硅鈣石硫酸鹽侵蝕病害的新的理念，后來證實了在中國的廣大土地上也存在這一混凝土病害。由于我國碳酸巖石（石灰?guī)r，白云巖）分布廣泛，于是在沿海和西部干旱鹽堿地區(qū)，地下水或土壤富含硫酸根時，就可能發(fā)生此類病害。

碳硫硅鈣石形成條件：

（1）存在硅酸鈣，如 C3S 或C2S。存在硫酸鈣，如石膏、半水石膏或無水石膏。（2）存在碳酸鈣、方解石。（3）充足的水。（4）長期低溫，低于 10℃，特別是0～5℃。

長期低溫硫酸鹽環(huán)境中可能發(fā)生碳硫硅鈣石型腐蝕。這一腐蝕的發(fā)生也是有條件的，利用品質(zhì)良好的石灰石粉作為合料的混凝土水化溫升低、用水量低、收縮小，混凝土抗裂性較好，尤其在低水膠比下此類反應發(fā)生的風險不大。

筆者在高校 2 年針對 10% 硫酸鎂溶液浸泡相關試驗表明：在水膠比小于 0.4，石灰石粉摻量 20% 的混凝土試塊發(fā)生了以石膏侵蝕為主導的破壞，沒有發(fā)生碳硫硅鈣石型硫酸鹽侵蝕。

我們一方面應該注意不斷深入研究這種侵蝕發(fā)生的條件；另一方面也應該意識到在現(xiàn)代混凝土技術條件下這種腐蝕發(fā)生的概率非常低，不應該談虎色變，我國目前發(fā)現(xiàn)的此類工程病害極少，且不是近年的建設項目。不宜依據(jù)一些實驗室的實驗結論就在標準、規(guī)范中過度防范。就像堿骨料反應那樣，導致工程界的同仁質(zhì)問：“堿骨料病害呀，你在哪里？”這樣做不利于資源合理利用。在資源壓力越來越大的形勢下，我們不能總是“紙上談兵”！

當然，我們必須認識到并不是所有的石灰石粉都具有明顯的減水和分散效果，例如：氧化鎂含量較高的白云巖，這樣的石灰石粉并不是不可以用，只不過技術效果與Ⅱ級粉煤灰相當。

鄧春林（重慶拉法基智深混凝土有限公司，工程師）

（1）石灰石粉活性與細度的關系、細度與成本的關系

研究表明，要使石灰石粉具有較好的活性和經(jīng)濟性，需要將石灰石粉細度控制在一定范圍內(nèi)。比較準確的表示石灰石粉細度的指標是比表面積，試驗表明，當磨細石灰石粉的比表面積低于 600cm2/g 時，其活性會呈現(xiàn)直線下降；而當磨細石灰石粉比表面積大于 900cm2/g 后，其活性增長非常微弱，同時粉磨石灰石粉的電耗會急劇上升，導致生產(chǎn)成本大幅增加。因此磨細石灰石粉的比表面積宜控制在600～900cm2/g 內(nèi)，這樣磨細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)濟性和使用價值，能夠應用于混凝土中，降低混凝土成本和提高混凝土性能。對于外購磨細石灰石粉的商品混凝土企業(yè)來說，在材料購買合同中就一定要約定一些重要的質(zhì)量指標，其中石灰石粉的細度就是非常重要的一項指標，它關系到混凝土成本和質(zhì)量，如果細度達不到要求，最終會影響混凝土的一系列性能；對于自行生產(chǎn)磨細石灰石粉的商品混凝土企業(yè)來說，對細度的控制就比較方便了，綜合考慮生產(chǎn)成本來確定最佳的細度，如果在進行粉磨的時候產(chǎn)生了粘球等現(xiàn)象還可以摻入一定量的粉煤灰來改善。

（2）磨細石灰石粉中泥粉含量對石灰石粉活性的影響

如果在磨細石灰石粉的生產(chǎn)過程中帶入了泥土，就會使得石灰石粉含泥量過大，極大地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大，混凝土強度因石灰石粉含泥量大而下降，混凝土耐久性也會受到較大的影響。因此，在石灰石粉生產(chǎn)過程中，應該先將石灰?guī)r中的泥土和雜質(zhì)去除，再進入磨機內(nèi)進行粉磨，這樣生產(chǎn)出來的磨細石灰石粉才可能具有較高的品質(zhì)。

目前對于磨細石灰石粉內(nèi)泥粉含量還沒有一個較為準確的方法進行測定，比較通行的做法是參考人工砂亞甲藍試驗，使用亞甲藍試劑對石灰石粉的含泥量進行判定，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，這樣結果才有參考作用，因為在做人工砂亞甲藍試驗時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)量的石灰石粉進行亞甲藍試驗試驗時，加入很多亞甲藍指示劑也不出現(xiàn)色暈，結果將難于判定準確。

（3）石灰石粉混凝土長期體積穩(wěn)定性

由于磨細石灰石粉細度比水泥還大，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力而產(chǎn)生裂縫的風險。目前石灰石粉應用于混凝土中的行業(yè)標準已經(jīng)制定，但是由于還缺乏對石灰石粉混凝土長期體積穩(wěn)定性的相關研究，因此，在石灰石粉應用時還是應當注意使用范圍，不宜用于重要工程或重要結構部位，而從非結構部位開始應用，避免對混凝土結構耐久性產(chǎn)生不利影響的風險。

（4）石灰石粉在混凝土生產(chǎn)中的一些問題分析

磨細石灰石粉極易受潮，并且受潮后易結團，在筒倉內(nèi)造成空拱現(xiàn)象，難以進入螺旋輸送機，影響混凝土生產(chǎn)速度，因此必須嚴格控制石灰石粉在進入筒倉時的含水量，在進入筒倉后不宜貯存太久，應盡快使用。對于摻磨細石灰石粉的混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制來說，應該要注意幾點：一是混凝土坍落度損失問題，需要提高混凝土坍落度以及坍落度經(jīng)時損失的檢測頻率，并定期進行外加劑與磨細石灰石粉的適應性試驗，防止因適應性出現(xiàn)問題造成混凝土坍落度經(jīng)時損失過大，無法正常進行混凝土澆筑，甚至導致質(zhì)量問題；二是要多留置不同齡期的試件，掌握混凝土強度發(fā)展規(guī)律，及時進行配合比調(diào)整；三是對使用人工砂配制混凝土摻入磨細石灰石粉時，更應該注意人工砂中石粉與磨細石灰石粉疊加對混凝土性能的影響。