石灰石粉在自密實混凝土工程中的應用

王瑞

（寧夏錦泰鴻業(yè)商砼有限公司研發(fā)中心，寧夏 銀川 750200）

石灰石粉在自密實混凝土工程中的應用

王瑞

（寧夏錦泰鴻業(yè)商砼有限公司研發(fā)中心，寧夏 銀川 750200）

將石灰石粉部分取代粉煤灰用于自密實混凝土的制備，通過試驗研究了其摻量對混凝土工作性能、力學性能及密實性的影響，結果表明：不同摻量的石灰石粉可以顯著改善自密實混凝土的工作性，并且對混凝土的長期力學性能有所幫助，同時利用粗細骨料 Excel 軟件求解骨料級配設計和優(yōu)化配合比，能改善混凝土和易性、工作性、耐久性及工程實體感觀。

自密實混凝土；石灰石粉；骨料級配；工作性；力學性能；密實性

0　前言

自密實混凝土（簡稱 SCC）拌合物具備良好的填充性、間隙通過性、勻質(zhì)性及抗離析性，且具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性。澆筑時無需外力振搗，能夠在自重作用下流動并充滿模板空間，凝固硬化后有較好的力學性能和耐久性能。礦物摻合料是自密實混凝土必不可少的組分，現(xiàn)階段使用最多的是用粉煤灰和礦粉作為調(diào)節(jié)自密實混凝土性能的材料，以往實際使用過程中多次出現(xiàn)混凝土表層呈現(xiàn)泡沫狀、未燃燒煤灰上?。ū砻娉尸F(xiàn)黑褐色）現(xiàn)象等。本文結合實際使用的原材料對石灰石粉和粉煤灰作為礦物摻合料進行自密實混凝土拌合物工作性能、力學性能、密實性等試驗，對試驗數(shù)據(jù)的進行整理分析，并在工程中得到使用。通過使用石灰石粉取代粉煤灰雙摻和單摻粉煤灰進行混凝土工作性能、密實性、力學性能的試驗和實際應用驗證，研究和分析石灰石粉在不同摻量下的自密實混凝土拌合物工作性能、力學性能、密實性的各項試驗數(shù)據(jù)，合理使用石灰石粉。針對自密實混凝土的密實性利用粗細骨料 Excel 軟件自動求解骨料級配設計和優(yōu)化配合比，選擇合理骨料級配和砂率配制自密實混凝土來增加其密實性。

1　工程概況

銀川某工程主體結構；包括 ABCD 座及其裙樓部分和地下室部分，總建筑面積約 178588.6m2。其中 A 座主體結構為鋼、混結構，地下三層，地上 38 層，總高 158m，地上建筑面積約 60918m2，地下建筑面積約 14875m2。地下三層結構柱為鋼骨柱結構 C55 自密實混凝土；地上 1～6 層為鋼管柱結構 C55 自密實混凝土，6 層以上為 C50 自密實混凝土。參照 A 座主體鋼柱結構設計，該工程鋼柱結構使用的自密實混凝土在現(xiàn)階段不具備泵送條件，均由塔吊自卸完成混凝土澆筑，隨后將使用泵送法施工進行澆筑。結合我公司現(xiàn)有原材料和施工單位的技術要求，根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》和 JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》標準進行材料選擇、配合比設計，保證自密實混凝土工作性、密實性、力學性能及耐久性符合標準規(guī)范和設計要求。

2　原材料的選擇

2.1水泥

寧夏石嘴山賽馬水泥有限責任公司產(chǎn)賽馬牌 P·O42.5R 水泥，3d 水泥強度 29.8MPa；28d 水泥強度 50.6MPa。

2.2摻合料

粉煤灰：寧夏青鋁自備電廠Ⅰ級灰，45μm 方孔篩篩余10%，燒失量 4.75%。石灰石粉：阿拉善左旗鑫磊石料廠石灰石粉，比表面積 800m2/kg，45μm 方孔篩篩余 9.2%。摻合料性能見表 1、2。

表1　石灰石粉化學分析 %

表2　礦物摻合料物理性能 %

2.3骨料

粗骨料：阿拉善左旗鑫磊石料廠 5～20mm 碎石，含泥量 0.7%，壓碎指標值 9.6%，其它性能見表 3；細骨料：阿拉善左旗鑫磊石料廠生產(chǎn)的水洗砂，細度模數(shù) 3.1，含泥量2.5%；吳忠關馬湖砂廠生產(chǎn)的細砂，細度模數(shù) 1.8，含泥量2.3%。

2.4外加劑

寧夏騰仁化工建材有限公司騰仁牌聚羧酸高性能減水劑，減水率 28.9%，含固量 14%。

表3　粗骨料主要技術指標

2.5Excel 軟件求解骨料級配試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》中骨料級配范圍，經(jīng)過大量試驗使用 Excel 軟件求解骨料級配與相同砂、石相同用料比例做緊密密度、堆積密度試驗數(shù)據(jù)基本接近，從而證明了 Excel 軟件求解骨料級配的真實性和準確性，進而節(jié)省了人力和時間，提高了工作效率。合理調(diào)整砂率和粗細骨料用量設計配合比，有利于控制混凝土拌合物性能、工作性、密實性。

通過圖1和表 3 的試驗數(shù)據(jù)，根據(jù)粗細骨料合成級配找出骨料最佳級配和用料比例，其中粗骨料用料比例為5～20mm 碎石 : 5～10mm 碎石=75% : 25%；細骨料用料比例為水洗砂 : 細砂=70% : 30%。依據(jù)以上骨料用料比例設計和計算混凝土配合比，減少了骨料用料比例的隨意性，彌補了實際混凝土生產(chǎn)中骨料級配缺乏定量化和計算機化。粗骨料在 Excel 軟件計算下級配更加合理，孔隙率減小，從而提高了混凝土拌合物工作性、力學性能及密實性。

3　試驗及結果分析

3.1石灰石粉取代粉煤灰對自密實混凝土拌合物性能試驗數(shù)據(jù)分析

根據(jù) JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應用技術規(guī)程》、JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規(guī)程》、CCES02—2004《自密實混凝土設計與施工指南》和設計要求。利用表3、圖1中得出的骨料級配和骨料用料比例設計配合比（見表4），根據(jù) JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準》中骨料級配范圍，用石灰石粉以水泥質(zhì)量的 5%、10%、15%、20% 取代粉煤灰，結合該工程中對鋼柱自密實混凝土工作性、填充性、間隙通過性的技術要求，用質(zhì)量法假定 C55 自密實表觀密度 2415kg/m3，砂率提高到 40% 和 C50自密實表觀密度 2410kg/m3，砂率提高到 41%，設計混凝土配合比見表 5），觀察混凝土拌合物工作狀態(tài)并得出試驗數(shù)據(jù)（見表 6）。

圖1　粗細骨料級配曲線圖

表4　混凝土試驗配合比 kg/m3

通過觀察表 5 的試驗，混凝土拌合物的和易性、工作性隨著石灰石粉摻量的逐步提高，和易性、工作性越來越好。單摻粉煤灰的兩組混凝土拌合物出現(xiàn)表面上浮未燃燒的煤灰（呈黑褐色）、混凝土出現(xiàn)輕微的漿骨分離現(xiàn)象且在靜止的過程中表面出現(xiàn)氣泡集中不宜消除的現(xiàn)象，凝固硬化后表面呈泡沫狀，隨著石灰石粉摻量的逐步提高該現(xiàn)象有所改善并得到解決。

3.2石灰石粉對自密實混凝土工作性和力學性能試驗數(shù)據(jù)對比和分析

通過表 5 在試驗室對混凝土配合比進行調(diào)整并對各項技術指標性能進行觀察和驗證，制作 100mm×100mm×100mm試件進行抗壓強度試驗。根據(jù)自密實混凝土相關標準和技術要求，通過檢測自密實混凝土 T500 擴展時間、L 型儀 H2/ H1值、初始坍落度/坍落擴展度值及 1h、2h 保留值、抗壓強度，選擇各項技術指標符合要求的應用于實際工程中。

通過表 6及圖2的試驗數(shù)據(jù)可以看出，檢測坍落擴展度、T500 擴展時間、L 型儀 H2/H1 值、初始坍落度/坍落擴展度值及 1h、2h 保留值、抗壓強度得出的試驗數(shù)據(jù)來看。隨著石灰石粉摻量逐步增加，坍落度、坍落擴展度有明顯改善，坍落度經(jīng)時損失減小，T500 擴展時間隨之縮短。保證了自密實混凝土在現(xiàn)場自卸兩小時達到技術要求。當摻量達到 20%時，混凝土拌合物從感觀和工作性狀態(tài)出現(xiàn)粘性增大，T500擴展時間增加流動性減緩現(xiàn)象不利于自密實混凝土施工?；炷恋牧W性能方面隨著石灰石粉摻量的提高，混凝土 7d、28d 抗壓強度有所增長，符合規(guī)范和設計要求，并對該自密實混凝土進行了 60d 抗壓強度檢測，相比單摻粉煤灰強度增長明顯。

表5　混凝土調(diào)整后配合比 kg/m3

表6　拌合物性能試驗結果

圖2　抗壓強度統(tǒng)計圖

表7　A組和B組混凝土配合比對比 kg/ m3

表8　工作性和力學性能試驗數(shù)據(jù)對比

3.3石灰石粉與骨料最佳級配結合運用對混凝土工作性、密實性及力學性能試驗和數(shù)據(jù)分析

根據(jù)相關標準規(guī)范和現(xiàn)有試驗儀器，結合實際混凝土生產(chǎn)中，骨料級配是參照國家規(guī)范通過砂率確定的，缺乏定量化、計算機化。通過使用石灰石粉和 Excel 軟件求解骨料級配相結合進行混凝土配合比的設計和計算，進行配合比優(yōu)化。并對配合比進行試驗驗證和實際工程運用，以本文中粗細骨料級配曲線圖、用質(zhì)量法假定 C55 自密實表觀密度 2415kg/m3為例設計配合比，砂率相同為 40%，A 組為運用 Excel 軟件求解骨料級配計算配合比和 B 組為參照標準質(zhì)量法計算配合比，并對兩組配合比進行表觀密度和工作性試驗對比。

通過表 7、表 8 的配合比進行反復試驗驗證，觀察和檢測混凝土拌合物的和易性、工作性、密實性及力學性能，最終調(diào)整和確定實際使用配合比。通過A組和B組混凝土拌合物和易性、工作性及力學性能的對比可以看出，使用最佳級配配制的混凝土在和易性、工作性方面明顯優(yōu)于B組質(zhì)量法配制的混凝土。從感觀來看 A 組明顯比 B 組混凝土骨料級配更加合理，拌合物工作狀態(tài)更好，混凝土表觀密度實測值相對比B組拌合物表觀密度值高，混凝土的密實性得到改善和提高。同時運用了骨料最佳級配這一科學的計算方法，在該工程和其他工程中的使用后，運用骨料最佳級配來調(diào)整和控制混凝土出廠質(zhì)量，既提高了混凝土拌合物的和易性、工作性，又降低了因級配不合理造成的和易性差、工作性差、可泵性差、易開裂等問題。

4　結論

（1）石灰石粉作為礦物摻合料在自密實混凝土中使用，能夠較好的改善混凝土拌合物的和易性、工作性、密實性及力學性能。和粉煤灰復摻運用到自密實混凝土中，既改善了混凝土的各項性能，又充分的利用石粉資源減少了對環(huán)境的污染，提高了經(jīng)濟效益。

（2）石灰石粉隨著其摻量的增加，混凝土的填充性及間隙通過性逐步變好，當摻量大于水泥質(zhì)量的 20% 時，在強度較高的混凝土中使用出現(xiàn)粘性增大，流動性減緩現(xiàn)象，混凝土拌合物工作性、力學性能及經(jīng)濟性均略有降低。

（3）在合理摻量下使用石灰石粉，利用 Excel 軟件求解骨料級配與石灰石粉相結合，選擇骨料最佳級配和合理砂率來配制混凝土，增加了混凝土的密實性，減少了質(zhì)量缺陷，還改善了工作性、耐久性、力學性能及工程實體感觀，提高了混凝土拌合物和易性、施工工作性、可泵性及工作效率。

[1] JGJ/T 283—2012．自密實混凝土應用技術規(guī)程[S]．

[2] CCES02—2004．自密實混凝土設計與施工指南》[S]．

[3] 楊欣，馬雪英，呂興國．石灰石粉在自密實混凝土中應用的研究[J]．商品混凝土，2011.07．

[4] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[J]．中國鐵道出版社，1999.9．

[5] 宋少民，劉娟紅．綠色高性能混凝土技術與工程應用[J]．中國電力出版社，2011.1．

［通訊地址］寧夏回族自治區(qū)銀川市德勝工業(yè)園區(qū)新勝東路（750200）

王瑞（1986—），男，工程師，長期從事混凝土技術工作。