磨細(xì)石灰石粉對(duì)水泥砂漿流動(dòng)和強(qiáng)度性能影響實(shí)驗(yàn)探討

鄧惠婷 朱啟朗 劉文樂 劉漢欽 溫夢(mèng)丹 陳嘉健

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院土木工程系， 廣東 佛山 528000)

磨細(xì)石灰石粉對(duì)水泥砂漿流動(dòng)和強(qiáng)度性能影響實(shí)驗(yàn)探討

鄧惠婷 朱啟朗 劉文樂 劉漢欽 溫夢(mèng)丹 陳嘉健

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院土木工程系， 廣東 佛山 528000)

本文進(jìn)行了在混凝土中摻加適量的磨細(xì)石灰石粉取代部分水泥的研究，檢驗(yàn)了不同配合比不同水灰比磨細(xì)石灰石粉混凝土的流動(dòng)性、擴(kuò)張度、強(qiáng)度及填充密度等性能。取得以下研究成果：磨細(xì)石灰石粉的摻和對(duì)其砂漿的流動(dòng)性、擴(kuò)展度、過篩率、強(qiáng)度都有明顯得影響。利用石灰石粉置換水泥能減小水泥用量配制綠色環(huán)?；炷?。為探討摻加石灰石粉對(duì)流動(dòng)和強(qiáng)度性能影響，本研究配制了25組不同水灰比、不同磨細(xì)石灰石粉摻量的水泥漿作流動(dòng)性能和強(qiáng)度測(cè)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明摻加磨細(xì)石灰石粉置換水泥可能提高或者降低水泥漿流動(dòng)性，并降低水泥漿強(qiáng)度。

流動(dòng)性，磨細(xì)石灰石粉，強(qiáng)度。

0 引言

為改善混凝土性能、配制低水泥量綠色環(huán)?；炷粒瑩饺氲V物摻和料置換水泥為可行方法。在硅灰、粉煤灰、高爐礦渣等眾多礦物摻和料中，石灰石粉為其中一種具備應(yīng)用前景材料。在生產(chǎn)石灰石碎石和機(jī)制砂的過程中,產(chǎn)生了大量的石灰石粉屑,既污染了環(huán)境,又造成資源的浪費(fèi)。另外由于石灰石碎石和機(jī)制砂在生產(chǎn)過程中夾雜一定量的石灰石粉,這些石粉在混凝土中所起的作用,人們對(duì)它的認(rèn)識(shí)和研究還是很少。解決上述問題,將具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

大連理工大學(xué)的李晶[1]總結(jié)道適量石灰石粉可改善混凝土的工作性能和石粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響隨混凝土齡期的不同而不同，對(duì)混凝土早期抗壓強(qiáng)度的影響較為明顯。中南大學(xué)袁航[2]試驗(yàn)表明，混凝土工作性能和抗壓強(qiáng)度受石灰石粉摻量和細(xì)度影響較大。適當(dāng)增大石灰石粉細(xì)度,能改善混凝土的工作性能,且能提高混凝土的早期強(qiáng)度。重慶大學(xué)崔洪濤[3]研究了石灰石粉特別是超磨細(xì)石灰石粉作為混凝土摻合料對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的影響和改善,并且通過電鏡、衍射等手段觀察分析混凝土生成，武漢理工大學(xué)熊遠(yuǎn)柱[4]指出在一定的范圍內(nèi)摻入石灰石粉可以減小混凝土的坍落度損失,改善混凝土的工作性能,而且隨著摻量增加,工作性能得到提高；影響新拌混凝土的工作性能的主要是石灰石粉的摻量,而不是石灰石粉的細(xì)度。中國(guó)建筑科學(xué)研究院周永祥、王永海等人[5]，研究表明石灰石粉對(duì)水和外加劑的吸附性小,但有加速混凝土拌合物坍落度損失的傾向;對(duì)于 C30混凝土,20%石灰石粉等量取代粉煤灰,不會(huì)造成抗壓強(qiáng)度、抗碳化性能、抗凍性能下降,適當(dāng)含泥量對(duì)上述性能影響也不大。重慶大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院肖斐、崔洪濤等人[6]，研究表明超磨細(xì)石灰石粉通過分散效應(yīng)和微集料效應(yīng)等,對(duì)混凝土具有增塑、保塑和減水的作用。 重慶理工大學(xué)朱柯[7]石灰粉能夠明顯改善混凝土的工作性能但也會(huì)明顯降低抗壓強(qiáng)度,通過掃描電鏡分析可知在水化早期,石灰石粉能夠加速Ca(OH)2的生成,同時(shí)能夠穩(wěn)定鈣礬石的存在,不利于混凝土后期性能。中建商品混凝土有限公司周金種等人[8]得出：利用石灰石粉取代 50%以上甚至完全取代粉煤灰與礦粉復(fù)合摻入混凝土中,能夠改善混凝土的和易性能,其各齡期強(qiáng)度能夠與基準(zhǔn)混凝土持平甚至是有所超過;針對(duì)不同細(xì)度的石灰石粉進(jìn)行了混凝土試驗(yàn),證明石灰石粉越細(xì),其填充性越好,對(duì)混凝土性能的益化作用越大。Diederich等[9]的實(shí)驗(yàn)表明摻入石灰石粉可通過提高混凝土填充密度而改善流動(dòng)性。為量化磨細(xì)石灰石粉的摻入對(duì)水泥漿流動(dòng)性和強(qiáng)度性能的綜合影響，本研究對(duì)25組不同水灰比、不同磨細(xì)石灰石粉摻量的水泥漿擴(kuò)展度、流速和強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)量。

1 實(shí)驗(yàn)方案

1.1 材料

本研究中使用的膠凝材料有硅酸鹽水泥和石灰石粉兩種。硅酸鹽水泥為 32.5強(qiáng)度等級(jí)水泥，密度經(jīng)測(cè)量為3100kg/m3，比表面積經(jīng)測(cè)量為510m2/kg。石灰石粉密度經(jīng)測(cè)量為2600kg/m3。本研究中采用的石灰石粉為比表面積546m2/kg石灰石粉再于實(shí)驗(yàn)室研磨30小時(shí)所制得，顆粒比水泥顆粒更細(xì)。

1.2 試樣配比

本研究中，磨細(xì)石灰石粉用于置換水泥配制25組水泥漿配比試樣。水泥漿的試樣水灰比從0.50到0.70變化，以0.05為一級(jí)差；磨細(xì)石灰石粉摻量范圍由0到20%變化，以5%為一級(jí)差。為避免減水劑對(duì)流動(dòng)性測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響，本研究中試樣均不摻減水劑。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 流動(dòng)性測(cè)量

本研究中,水泥漿試樣的動(dòng)態(tài)流動(dòng)性測(cè)量采用V型漏斗作流速測(cè)試，靜態(tài)流動(dòng)性測(cè)量采用小型塌落度筒作擴(kuò)展度測(cè)試。流速為充滿V型漏斗的水泥漿全部流出所需的時(shí)間與 V型漏斗體積之比值,,擴(kuò)展度為提起塌落度筒后水泥漿兩垂直方向的直徑平均值減去塌落度筒地面直徑之差。流動(dòng)性測(cè)量均在水泥漿完成攪拌后 5分鐘內(nèi)進(jìn)行，整個(gè)試驗(yàn)過程中實(shí)驗(yàn)室溫度控制在20±2℃。

1.3.2 強(qiáng)度測(cè)量

本研究中,水泥漿試樣強(qiáng)度測(cè)量采用抗壓強(qiáng)度測(cè)量，養(yǎng)護(hù)溫度為 27±2℃，齡期為7天。強(qiáng)度結(jié)果采用兩個(gè)同配比同期同步測(cè)試試件的平均值。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 流動(dòng)性測(cè)試結(jié)果

流速結(jié)果如圖1，當(dāng)沒有加入磨細(xì)石灰石粉時(shí)，其流速隨水灰比的減少而減少。而加入不同配合比的石灰石粉取代水泥后，其流速的變化隨水灰比的減少而減少，根據(jù)圖示，流速也不隨石灰石粉的配合比增加而增加，在石灰石粉=10%，流速最大。在磨細(xì)石灰石粉=0%，10%，20%時(shí),水灰比為 0.65時(shí)呈現(xiàn)峰值，總體亦隨水灰比呈波動(dòng)形式。

圖1 磨細(xì)石灰石粉對(duì)流速影響

擴(kuò)展度結(jié)果示于圖2。當(dāng)沒有加入磨細(xì)石灰石粉時(shí)，其流速隨水灰比的減少而減少。而加入不同配合比的石灰石粉取代水泥后，其流速的變化隨水灰比的減少而減少，根據(jù)圖示，流速也不隨石灰石粉的配合比增加而增加，在石灰石粉=10%，流速最大。在磨細(xì)石灰石粉=0%，10%，20%時(shí),水灰比為 0.65時(shí)呈現(xiàn)峰值，總體亦隨水灰比呈波動(dòng)狀態(tài)。

圖2 磨細(xì)石灰石粉對(duì)擴(kuò)展度影響

2.2 強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果見圖3所示，摻加磨細(xì)石灰石粉的配合比越大時(shí)，強(qiáng)度就越強(qiáng)，但是摻加了磨細(xì)石灰石粉的強(qiáng)度都比摻加石灰石粉=0%的要低。

圖3 磨細(xì)石灰石粉對(duì)強(qiáng)度影響

3 結(jié)論

本研究通過測(cè)量25組磨細(xì)石灰石粉水泥漿配比試樣，得到的主要結(jié)論如下：

（1）在相同水灰比下,摻加磨細(xì)石灰石粉置換水泥可能提高或者降低水泥漿流動(dòng)性。

（2）在相同水灰比下,摻加磨細(xì)石灰石粉置換水泥降低水泥漿強(qiáng)度。

研究結(jié)果表明,磨細(xì)石灰石粉未能有效改善水泥漿的流動(dòng)性和強(qiáng)度。然而,磨細(xì)石灰石粉的摻加能減少混凝土中的水泥用量，從而降低工程造價(jià)并減少生產(chǎn)水泥所需的大量碳排放量和耗能，在強(qiáng)度要求不高的情況下可使混凝土材料更廉價(jià)和環(huán)保。

4 鳴謝

本研究鳴謝2017佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室開放基金重點(diǎn)項(xiàng)目“混凝土膠凝材料填充密度實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法開發(fā)”、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“磨細(xì)石灰石粉對(duì)水泥砂漿流動(dòng)和強(qiáng)度性能影響實(shí)驗(yàn)探討”、2016佛山市科技計(jì)劃項(xiàng)目 “大摻量粉煤灰混凝土配比優(yōu)化及生產(chǎn)應(yīng)用研究(項(xiàng)目編號(hào):2016AB000031)”的資金支持。

[1]李晶. 石灰石粉摻量對(duì)混凝土性能影響的試驗(yàn)研究[D].大連理工大學(xué),2007.

[2]袁航. 石灰石粉對(duì)混凝土性能的影響[D].中南大學(xué),2009.

[3]崔洪濤. 超磨細(xì)石灰石粉摻合料混凝土性能的研究[D].重慶大學(xué),2004.

[4]熊遠(yuǎn)柱. 高摻量石灰石粉對(duì)混凝土耐久性的影響[D].武漢理工大學(xué),2010.

[5]周永祥,王永海,王思婭,王偉,丁威,張大朋. 石灰石粉的特性及對(duì)混凝土性能的影響[J]. 施工技術(shù),2014,(09):23-27.

[6]肖斐,崔洪濤,陳劍雄,陳寒斌. 超磨細(xì)石灰石粉高強(qiáng)混凝土的研究[J]. 硅酸鹽通報(bào),2010,(06):1303-1307.

[7]朱柯. 石灰石粉對(duì)混凝土性能影響研究[J]. 硅酸鹽通報(bào),2015,(02):492-495.

[8]周金鐘,鄭廣軍,劉勇彰. 石灰石粉在普通混凝土中的應(yīng)用研究[J]. 建筑節(jié)能,2009,(06):31-34.

[9]Diederich P, Mouret M, de Ryck A, Ponchon F, Escadeillas G. The nature of limestone filler and self-consolidating feasibility—Relationships between physical,chemical and mineralogical properties of fillers and the flow at different states, from powder to cement-based suspension[J]. Powder Technology, 2012,218:90-101.

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1007-6344（2017）10-0272-02