試析石灰石礦粉在水泥混凝土中的應(yīng)用

沈家萬

（蚌埠產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，安徽 蚌埠 233000）

1 石灰石礦粉在水泥混凝土中的作用

1.1 增強(qiáng)水泥混凝土強(qiáng)度

水泥混凝土是指由砂石、水泥等物質(zhì)混合而成的復(fù)合材料，而石灰石礦粉是石灰石（如圖一）所示，經(jīng)過打磨處理后而形成的粉狀物。若能在水泥混凝土應(yīng)用石灰石礦粉，可對(duì)其強(qiáng)度產(chǎn)生積極影響。由于石灰石礦粉在與水泥混凝土中的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后可在水泥混凝土凝結(jié)階段起到鞏固作用，促使水泥混凝土強(qiáng)度更大。以碳酸鹽水泥為例，它在與石灰石礦粉混合后會(huì)形成碳鋁酸鈣物質(zhì)，經(jīng)過相關(guān)人員對(duì)其進(jìn)行細(xì)致分析可知：在20°環(huán)境下，此種物質(zhì)的生成量先少后多，且較為穩(wěn)定，故而導(dǎo)致水泥混凝土不易變形，可在實(shí)踐應(yīng)用中產(chǎn)生良好的結(jié)果。

圖一 石灰石樣品圖

1.2 改善水泥自收縮能力

從相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知：在石灰石礦粉摻入量有所增加時(shí)，其產(chǎn)生的收縮效果更加顯著，并分別在10%摻入量以及20%摻入量條件下，可發(fā)現(xiàn)，后者基本上可將水泥混凝土的收縮率下調(diào)50%。由于石灰石礦粉較為細(xì)膩，且無需過多水量與之反應(yīng)。在這種情況下，將有助于水泥混凝土形成良好的干燥環(huán)境，最終產(chǎn)生自收縮能力。長(zhǎng)此以往，石灰石礦粉的應(yīng)用可為水泥混凝土的性能起到強(qiáng)化作用，進(jìn)而保障水泥混凝土無論作為裝飾材料還是主體建筑材料，都能擁有較高品質(zhì)。據(jù)此，石灰石礦粉在水泥混凝土中有著顯著的應(yīng)用價(jià)值。

1.3 優(yōu)化混凝土和易性

將石灰石礦粉應(yīng)用于水泥混凝土中，還可對(duì)其和易性加以優(yōu)化，若所摻入的礦粉數(shù)量適中，可對(duì)和易性產(chǎn)生促進(jìn)作用，反之會(huì)加劇水泥混凝土下沉程度，使其不易凝結(jié)，甚至?xí)斐山Y(jié)構(gòu)松散，最終不適合應(yīng)用于工程建設(shè)中。同時(shí)，還應(yīng)注重石灰石礦粉的比表面積，若比表面積數(shù)值較小，可增加水泥混凝土緊實(shí)度。所以，需考慮到石灰石礦粉的具體摻入量確定應(yīng)用方法。

2 石灰石礦粉在水泥混凝土中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 合理選擇原材料

根據(jù)石灰石覆蓋范圍可知：對(duì)于富含石灰石物質(zhì)的石灰?guī)r資源現(xiàn)今占據(jù)中總巖石資源的25%到33.3%之間，而從2015年發(fā)布的灰?guī)r開采量可知，在1282.3億t開采量中，照比往年縮減了25.6%，這表明石灰石原材料資源有限，在將其應(yīng)用于水泥混凝土中，應(yīng)做好資源控制工作。而從目前石灰石廣泛分布的城市中，除上海、西藏等地分布廣泛。要想研究石灰石礦粉在水泥混凝土中的實(shí)踐效果，應(yīng)從中選擇適合的原材料開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，以此驗(yàn)證石灰石礦粉對(duì)水泥混凝土性能等方面是否具備積極影響。在選擇原材料時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)石灰石礦粉中使用的石灰石原料水化能力予以檢測(cè)，必要時(shí)可借助激發(fā)劑，促使石灰石礦粉在實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生適量的水化物，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。從相關(guān)調(diào)查結(jié)果中可知：在石灰石含量達(dá)到0.3%-0.8%時(shí)，將形成較強(qiáng)的水化作用。另外，還應(yīng)保證石灰石中富含的CaCO3成分含量高于95.2%，并且所選用的水泥混凝土中的硅酸鹽水泥應(yīng)為28d熟料性質(zhì)，具備60MPa抗壓強(qiáng)度，便于提升實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。一般而言，經(jīng)由實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后，可發(fā)現(xiàn)石灰石礦粉在水泥混凝土中的實(shí)踐價(jià)值，由此為后續(xù)石灰石礦粉的合理運(yùn)用提供可靠的參考依據(jù)，最終為石灰石礦粉的應(yīng)用開辟新路徑。之后還需對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，并經(jīng)過專業(yè)人員的細(xì)致分析知曉石灰石礦粉的重要價(jià)值。

2.2 注重磨粉粒度控制

石灰石礦粉的應(yīng)用還需要注重其粒度的合理控制，在針對(duì)石灰石進(jìn)行磨粉操作時(shí)，務(wù)必對(duì)其顆粒情況進(jìn)行細(xì)致檢測(cè)，以免粒度過大影響實(shí)踐效果。而在上述實(shí)驗(yàn)過程中，可將石灰石粒度控制在25mm范圍內(nèi)，且高于5mm，之后可將其制成粉制品。在這期間，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度更高，可保證制備后的水泥混凝土與石灰石礦粉混合后，其粒度達(dá)到4.1km2/kg即可。同時(shí)，還可將石灰石礦粉看成是自變量，避免在實(shí)驗(yàn)中誤加其它物質(zhì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差較大。之后在脫模階段，應(yīng)保證溫度不高于23℃且不低于17℃，待一天后對(duì)其進(jìn)行脫模，并對(duì)其性能予以檢測(cè)，而且還應(yīng)做好比對(duì)工作，經(jīng)過科學(xué)對(duì)比后了解石灰石礦粉在水泥混凝土中最高效的應(yīng)用方法。

由于水泥混凝土是土木工程中的重要材料，從2019年公布的水泥用量中可知：其總量高達(dá)23.3億t，其中混凝土達(dá)到了103190.48萬m3，而且水泥混凝土樁超出了16505.52萬m，這表明水泥混凝土的需求量較大，故而在其中應(yīng)用石灰石礦粉提升其性能很有必要。在實(shí)踐操作中，工作人員在針對(duì)石灰石進(jìn)行磨粉操作時(shí)，還可選用優(yōu)質(zhì)的磨粉機(jī)，并且還可按照粗碎、細(xì)碎、磨粉等步驟逐一調(diào)整其細(xì)度。在粗碎中，可將石灰石置于振動(dòng)給料機(jī)中，在破碎機(jī)輔助下將其制成小巖塊，并在細(xì)碎工序中依靠振動(dòng)篩、反擊式破碎設(shè)備實(shí)現(xiàn)再次降低其細(xì)度，使其成為小顆粒狀石灰石，最后進(jìn)入到磨粉環(huán)節(jié)，在磨粉裝置下成功制成石灰石礦粉。因其粒度直接關(guān)聯(lián)著水泥混凝土性能的改善情況。因此，需確保石灰石礦粉粒度符合水泥混凝土應(yīng)用要求。

2.3 明確石灰石摻量

石灰石礦粉雖然在水泥混凝土中具備增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度、提升穩(wěn)定性等功能，但若將其摻入到水泥混凝土?xí)r，其摻入量過多或低于最低標(biāo)準(zhǔn)，都無法達(dá)到最優(yōu)化應(yīng)用效果。從以往調(diào)查結(jié)果中可知：在石灰石礦粉摻入量達(dá)到20%時(shí)，在不同凝結(jié)時(shí)間下，水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度提高幅度有所差異，具體情況如（表一）所示。由此推斷石灰石礦粉在初期摻入時(shí)，會(huì)對(duì)混凝土早期抗壓強(qiáng)度起到強(qiáng)化作用，并隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度的提升效果有所削弱，但依舊保持上升狀態(tài)。所以，在水泥混凝土制備期間，可適量摻入20%的石灰石礦粉。此外，在其超出20%摻入量時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度變化效果不顯著。

通常情況下，石灰石礦粉在水泥混凝土中的摻入方式可為外摻與內(nèi)摻兩種類型。前者是將石灰石礦粉與水泥、砂石等材料混合配制，以此形成水泥混凝土，以供工程使用。后者是在原有基礎(chǔ)上運(yùn)用石灰石礦粉取代部分水泥成分，由此展現(xiàn)出石灰石礦粉的實(shí)踐價(jià)值。而經(jīng)過分析后可準(zhǔn)確了解到：在外摻量低于20%時(shí)，水泥混凝土性能將有所增強(qiáng)，而高于20%摻入量將有所下降。至于內(nèi)摻模式下，其性能將下降，具體如（表二）所示。結(jié)合上述研究?jī)?nèi)容推斷：石灰石礦粉摻入量應(yīng)以20%為摻入標(biāo)準(zhǔn)，并按照外摻方式改善水泥混凝土性能，若高于20%，將不利于水泥混凝土體現(xiàn)出高抗壓強(qiáng)度等良好性能，尤其在超出30%摻入量時(shí)，將出現(xiàn)最低峰值。此外，關(guān)于上述內(nèi)容中提到的激發(fā)劑，它的加入也能產(chǎn)生積極影響，但僅能提高水泥混凝土10%抗壓強(qiáng)度，并且在混凝土3d與28d情況下激發(fā)劑輔助效果較為薄弱，可不予以使用。

表一 石灰石礦粉20%摻入量時(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度變化值

表二 不同摻入量與摻入方式下水泥混凝土性能變化情況

2.4 掌握礦粉摻入規(guī)律

石灰石礦粉屬于新材料，雖然它在油漆、橡膠以及塑料等眾多產(chǎn)品中均有重要作用，而根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知：石灰石礦粉在建材行業(yè)中的使用數(shù)量較多，尤其在水泥用料中，其使用的石灰石礦粉可在冶金、石料等材料中占據(jù)33%以上的比例，這表明石灰石礦粉與水泥兩者間有著密切關(guān)系。

事實(shí)上，在石灰石礦粉粒度較低時(shí)，還可對(duì)混凝土塌落度帶來積極作用，以免混凝土出現(xiàn)裂縫或坍塌現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)受損。但對(duì)其摻入量也應(yīng)當(dāng)控制在20%以下，一旦高于20%，將引起混凝土內(nèi)部分層現(xiàn)象，即水料分離，進(jìn)而破壞其穩(wěn)定性。據(jù)此，相關(guān)人員在制作混合拌料時(shí)，應(yīng)對(duì)石灰石礦粉的摻入比例進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，以1：4作為最佳比例，以便水泥混凝土具備最優(yōu)化性能。為了促使石灰石礦粉實(shí)踐性明顯，還應(yīng)對(duì)硅酸鹽水泥的粒徑加以控制，一般在其粒徑低于5μm時(shí)，在與其它原料進(jìn)行混合時(shí)，所形成的水化物含量較少，造成水泥混凝土密封性較低。而此時(shí)石灰石礦粉剛好可以增加水化物生成量。據(jù)此，可適當(dāng)選擇粒徑高于5μm的水泥，防止水泥材料在與石灰石礦粉混合時(shí)發(fā)生泌水問題。

3 結(jié)語

綜上所述，石灰石礦粉在水泥混凝土中有著重要作用，既能提升其穩(wěn)定性，又能增強(qiáng)自收縮能力，促使水泥混凝土具備良好的性能，杜絕水泥混凝土裂縫、泌水現(xiàn)象。據(jù)此，可從原材料、磨粉粒度、石灰石摻量、礦粉摻入規(guī)律等方面著手，確保石灰石礦粉在水泥混凝土實(shí)踐操作中發(fā)揮效用，提升水泥混凝土綜合性。