石灰石粉混凝土的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

張聰

摘 要：石灰石粉作為一種礦物摻合料，摻入混凝土中能夠有效的提高混凝土的強(qiáng)度，降低混凝土內(nèi)部溫度，改善新拌混凝土的工作性，提高混凝土的耐久性，抑制堿-骨料反應(yīng)，礦物摻合料復(fù)合使用的“超疊效應(yīng)”。因此，應(yīng)用在工程中具有一定的可行性和前瞻性。

關(guān)鍵詞：石灰石粉混凝土；國(guó)外內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，混凝土材料被大量使用?；炷林械募?xì)骨料大多是由江河里的細(xì)砂組成。江河中的細(xì)砂已很難滿足社會(huì)需求。另外，我國(guó)現(xiàn)在提倡可持續(xù)發(fā)展，保護(hù)環(huán)境為先，在很多地方已經(jīng)控制人們從江河里挖掘細(xì)砂。因此河砂的價(jià)格隨著河砂漸漸難以得到在不停地上升。為了針對(duì)這一情況，越來(lái)越多的人們開(kāi)始利用來(lái)源較廣、價(jià)格相對(duì)較低的破碎的石灰石來(lái)替代河砂作為建筑材料。然而破碎石灰石生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)生了大量的石灰石粉。生產(chǎn)粗骨料時(shí)也會(huì)產(chǎn)生許多石灰石粉。而這兩種方式生產(chǎn)的石灰石粉會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染和占用場(chǎng)地。有些地方由于場(chǎng)地限制，石灰石粉被堆積在攤涂海邊，甚至還會(huì)被傾倒入海。這樣的結(jié)果不但會(huì)淤積航道，還會(huì)污染海洋環(huán)境。并且還有一部分石灰石粉混雜在機(jī)制砂中，對(duì)混凝土的影響也不可預(yù)測(cè)。如何利用好生產(chǎn)石灰石集料后的副產(chǎn)品石灰石粉，減少對(duì)環(huán)境的污染成了一個(gè)新的課題。

將石灰石粉用作混凝土摻合料應(yīng)用在工程中，國(guó)外已經(jīng)有較長(zhǎng)的時(shí)間。德國(guó)的石灰石硅酸鹽水泥中的石灰石粉含量是6%-20%。法國(guó)的石灰石硅酸鹽水泥的品種標(biāo)準(zhǔn)為CPJ45R和CPJ55R，且石灰石粉作為摻合料，可以單摻或復(fù)摻在混凝土里。單摻時(shí)能夠達(dá)到5%-20%。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)ENVl97-1992中，復(fù)合普通硅酸鹽水泥的石灰石粉取代率為6%-10%和21%-35%。我國(guó)現(xiàn)行GBl75-2007《通用硅酸鹽水泥》允許在硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥中摻加一定量的石灰石。建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC600-2002《石灰石硅酸鹽水泥》中規(guī)定的石灰石粉摻量為10%-25%。

在日本20世紀(jì)五六十年代已將石灰石粉開(kāi)始廣泛應(yīng)用于高層建筑和各水利及橋梁工程中。在日本橋梁中，較早且當(dāng)時(shí)在世界上最長(zhǎng)的明石海峽吊橋跨度由跨度為960+1990+960m的三跨組成。它的主體結(jié)構(gòu)橋墩、纜索錨固結(jié)構(gòu)體所用的混凝土配合比中。單位體積混凝土中，石灰石粉的用量為140kg，水泥的用量為280kg，取代水泥率為30%，粗骨料和細(xì)骨料用量各為1100 kg和600 kg。在法國(guó)的西瓦克斯核電站II號(hào)反應(yīng)堆工程中，單位體積混凝土中的各摻料配合比為：石灰石粉110 kg、水泥用量286kg、粉煤灰用量40kg，水膠比0.42?；炷凉ぷ餍阅埽夯炷笼g期 28d抗壓強(qiáng)度為66Mpa，絕熱溫升最高為32℃，混凝土流動(dòng)在170～230㎜之間，滿足和易性要求，其它指標(biāo)也均滿足工程要求。將石灰石粉取代部分砂作為細(xì)骨料，在我國(guó)黃丹、汾河二庫(kù)、江埡、普定、白石、黃丹、巖灘等大型水利水電工程中，均滿足了工程要求和良好的經(jīng)濟(jì)效果。石灰石粉的摻入混凝土中不僅提高了混凝土的和易性，而且也大幅度地提高了混凝土的強(qiáng)度和耐久性能。

由于混凝土細(xì)骨料中經(jīng)常含有較小粒徑的微粒，在國(guó)內(nèi)外許多工程建設(shè)中，都會(huì)把骨料中微粒洗掉以免影響混凝土抗壓強(qiáng)度。但經(jīng)試驗(yàn)表明，微細(xì)的石灰石粉存在于細(xì)骨料中可以增強(qiáng)碾壓混凝土的流動(dòng)性和保水性。在降低混凝土工程造價(jià)的同時(shí)，還可以對(duì)碾壓混凝土的性能有一定程度的改善。洪錦祥等人研究了在水泥用量不變時(shí)，石灰石粉取代部分細(xì)骨料配置混凝土。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：適量的石灰石粉含量能降低碾壓混凝土的水灰比，提高混凝土的粘結(jié)性、保水性。在降低混凝土的孔隙率時(shí)，提高了碾壓混凝土的密實(shí)性、抗氯離子滲透和抗凍性。同時(shí)也提高了碾壓混凝土的整體性和抗震動(dòng)，抵抗地震及碰撞能力提高。蔡勝華等人研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)石灰石粉取代細(xì)骨料含量不大于24%時(shí)，隨其含量增加時(shí)，混凝土的強(qiáng)度提高，抗凍性和抵抗氯離子性能增強(qiáng)；將石灰石粉摻入混凝土中能減少混凝土收縮變形、提高混凝土抗碳化和鋼筋抗銹蝕能力。李鴻芳研究發(fā)現(xiàn)：在混凝土中外摻石灰石粉，可以增大混凝土的和易性，降低混凝土的坍落度經(jīng)時(shí)損失。在石灰石粉摻量不大于15%時(shí)，可以使混凝土的含氣量降低，且不影響混凝土的初凝及終凝時(shí)。石灰石粉在合理?yè)搅康那闆r下，可以能夠提高混凝土的早期強(qiáng)度，應(yīng)用于搶修工程中。雷昌聚等人研究發(fā)現(xiàn)：在混凝土中骨料及膠凝材料用量不變時(shí)，石灰石粉在適宜摻量范圍內(nèi)時(shí)，在混凝土強(qiáng)度基本不變的情況下，混凝土坍落度損失減小。隨石灰石粉摻量和細(xì)度增大時(shí)，可以顯著提高混凝土各齡期強(qiáng)度和促進(jìn)水泥水化。宋少平等人研究了石灰石粉取代水泥30%時(shí)，發(fā)現(xiàn)膠砂和混凝土在流動(dòng)性一定時(shí)，隨石灰石粉顆粒越細(xì)，水灰比越大。且在混凝土抗壓強(qiáng)度一定時(shí)，混凝土塌落度損失減小。石灰石粉顆粒較粗時(shí)，在水灰比一定時(shí)，混凝土和易性滿足要求。在水化齡期時(shí)間及減水劑用量一定時(shí)，混凝土中摻入石灰石粉，混凝土坍落度介于Ⅲ級(jí)粉煤灰與Ⅱ級(jí)粉煤灰摻料之間。相比粉煤灰，石灰石粉作摻合料的混凝土早期強(qiáng)度增強(qiáng)，提高水泥水化速率。

馬燁紅等人研究了部分水泥量被石灰石粉取代后混凝土的工作性能。在混凝土中摻加適量的石灰石粉，可以使混凝土的泌水率降低，且坍落度損失也隨之降低。曹鵬飛等人研究了自密實(shí)混凝土中摻石灰石粉。石灰石粉取代水泥5%～15%時(shí)能明顯提高混凝土的早期強(qiáng)度、保水性和黏聚性。隨石灰石粉摻量增大時(shí)可以提高混凝土的塌落度，但降低了混凝土后期強(qiáng)度，滿足不了工程要求。在石灰石粉和粉煤灰摻量相同取代水泥時(shí)，石灰石粉混凝土其抗凍性能小于粉煤灰混凝土，但混凝土水化熱明顯低于粉煤灰混凝土。馬燁紅的試驗(yàn)中石灰石粉取代了30%的水泥，混凝土28天齡期時(shí)比基準(zhǔn)混凝土下降了30%，且混凝土黏聚性和保水性特差。這一摻量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足混凝土的工作性能。

也有一些學(xué)者研究了石灰石粉復(fù)合其它礦物摻合料對(duì)混凝土性能的影響。陳劍雄研究了石灰石粉取代粉煤灰摻量為0～25%時(shí)發(fā)現(xiàn)：隨石灰石粉摻量增加時(shí)，粉煤灰和石灰石粉復(fù)摻對(duì)碾壓混凝土的抗剪強(qiáng)度影響不大。并且混凝土的耐久性能、其它力學(xué)性能均能保證。周云虎等人研究了石灰石粉復(fù)合鈦礦渣粉以及石灰石粉復(fù)合鋰礦渣粉的混凝土。對(duì)于石灰石粉復(fù)合鈦礦渣粉時(shí)，在石灰石粉摻量為10%，鈦礦渣粉摻量為0～20%時(shí)，混凝土的力學(xué)性能和耐久性能均高于不摻其它任何摻料的高性能混凝土。在力學(xué)性能和耐久性能不降低情況下，石灰石粉取代水泥率最高能達(dá)到30%。鋰渣粉和石灰石粉復(fù)合時(shí)，石灰石粉摻量在10～20%時(shí)，而鋰渣粉摻量為15%時(shí)，混凝土的施工性能提高。但降低了混凝土早期強(qiáng)度，養(yǎng)護(hù)齡期28天時(shí)，強(qiáng)度能達(dá)到基準(zhǔn)混凝土。石灰石粉摻量30%時(shí)，鋰渣摻量10%，高性能自密實(shí)混凝土依然滿足要求。以上研究對(duì)于現(xiàn)在國(guó)家提倡大量利用礦物摻合料和降低水泥用量，滿足低能減排要求有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：陸軍勤務(wù)學(xué)院）