不同比表面积石灰石粉取代粉煤灰对混凝土性能的影响

刘伟华1 龚建贵1 于 震2 张宏伟2 楚建平2 宓振军1

（1．冀东发展集团公司材料科研技术中心唐山064000;2．唐山冀东混凝土有限公司北京101111）

摘要：本文对不同比表面积石灰石粉按不同比例替代粉煤灰生产混凝土时对减水剂掺量、工作性能和抗压强度进行试验研究，分析不同比表面积石灰石粉的不同替代比例对C30混凝土减水剂掺量、初始坍落扩展度及损失、抗压强度的影响，为石粉的品质控制和在混凝土中的利用提供了可参考的量化技术支撑。

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关键词 ：石灰石粉；比表面积；混凝土

收稿日期：2014-8-6

前沿

粉煤灰作为现代化混凝土中的重要矿物掺和料，在改善混凝土和易性、耐久性和后期强度等诸多性能方面发挥着重要作用，尤其是在改善和易性方面，替代水泥、矿粉等高活性矿物掺和料，为大流动态混凝土提供了价格较低的粉体材料。

我国目前可用于混凝土的优质粉煤灰不足，能够供应优质粉煤灰的电厂较少，许多地区粉煤灰颗粒普遍较粗；即便如此，在混凝土搅拌站还经常出现供货紧张，甚至断货的现象。石灰石粉由石灰岩磨细加工而成，其替代粉煤灰作为混凝土的矿物掺和料，可以使粉体级配更合理，具有非常好的填充效应；可以增加拌合物的粘聚性和保水性，减轻离析泌水，提高混凝土的综合性能；而且石灰石粉的价格较粉煤灰更具有竞争力，这为石灰石粉的应用提供了良好的基础。本文通过对不同比表面积的石灰石粉进行粉煤灰不同比例的取代试验，分析不同比表面积石灰石粉在不同替代比例情况下，对C30等级混凝土减水剂掺量、初始坍落扩展度及损失、抗压强度的影响，为石灰石粉的品质控制和在混凝土中的利用提供一定的参考。

1原材料及试验方法

1.1原材料

试验所用水泥为P.0 42.5；矿粉：S95级；粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，石灰石粉为石灰质石粉，粉磨的比表面积分别为400m2/kg、500m2/kg、600m2/kg和700m2/kg，其MB值为0.8。上述材料的化学成分见表1，水泥、矿粉和粉煤灰的粒度分布如图1所示，石粉的粒径分布如图2所示。

石子为Smm~ 25mm连续级配碎石，压碎值5.8%，表观密度为2.74g/cm3；砂子为二区河砂，细度模数2.63，含泥量3.6%：混凝土外加剂为聚羧酸系泵送剂，固体含量12%，混凝土减水率23%。

1.2试验方法 石粉对混凝土外加剂掺量、和易性和强度性能影响的试验：用比表面积分别为400㎡/kg、500㎡/kg、600㎡/kg和700㎡/kg的石灰石粉按25%、50%、75%和100%的比例取代粉煤灰，在用水量一定的情况下，通过调整外加剂掺量保证混凝土出机状态基本相同，并静置th观察混凝土的经时损失。

观察完经时损失后，留置1OOmm×1OOmm×1OOmm试块检测28d强度。

1.3试验配合比

石粉取代粉煤灰试验配合比（见表2）。

2试验结果与分析

2.1不同比表面积石粉在不同取代率下对混凝土外加剂掺量的影响

不同比表面积石粉在不同取代率下对混凝土外加剂掺量的影响结果如图3所示。

由图3可见，外加剂掺量随石粉取代率的提高而呈下降趋势；石粉的比表面积在500㎡/kg—600㎡/kg之间时，外加剂的掺量最低，取代率为50%时，外加剂掺量由2.0%降至1.86%，取代率为75%时降至1.8%，100%取代时降至1.73%；石粉的比表面积达到700㎡/kg时，外加剂的用量虽然随其掺量增加而降低，但远高于400㎡/kg~ 600㎡/kg的石粉。

2.2不同比表面积石粉不同取代率对混凝土工作性的影响

不同比表面积石粉不同取代率对混凝土工作性的影响结果如图4和图5所示。

由图4和图5可以看到，比表面积在400㎡/kg和500㎡/kg时，石粉可100%取代粉煤灰，混凝土在1h后工作状态良好；比表面积在600㎡/kg时，石粉最多可取代50%的粉煤灰，如再增加取代量，混凝土坍落度和扩展的经时损失较大；比表面积在700㎡/kg时，仅可取代25%。

对于引入石粉、降低外加剂用量是由于石粉的表面能较低，易于分散，达到同样流动度需水量较低，因此外加剂的用量随石粉的增加而降低；但比表面积达到700㎡/kg时，外加剂用量降低不明显，这可能是由于石粉颗粒粉磨到—定程度时，颗粒表面形成较多的微裂缝及颗粒团聚而造成，同时也造成混凝土经时损失的加剧。从图6和图7的石粉微观照片可以看到，比表面积达到700㎡/kg出现了很多颗粒团聚现象，而600㎡/kg的颗粒表面较为光滑，且团聚现象较少。

2.3不同比表面积石粉不同取代率对混凝土28d的强度影响

不同比表面积石粉不同取代率对混凝土28d强度的影响结果如图8所示。

由图8可以看到，在不同比表面积下，随着石粉取代率的增加，强度呈先增高后降低的趋势，最高强度均出现在取代率为50%时；石粉比表面积500㎡/kg以上时，取代率为75%时，混凝土的强度与基准样相比不降低。

石粉在取代率50%时取得良好的强度效果，可能是在此比例下石粉起到了最佳的填充效果。由图1和图2的原材料的粒径分布图可以看到，石粉的粒径分布最高峰在1Oμm以下，而水泥、矿粉和粉煤灰的最高峰均在lOILm以上，因此能够起至忸相补充、提高密实度的效果，但由于两者的粒径分布差别不大，掺量过高则抵消填充的作用，强度反而有所下降。结论

(1)在普通混凝土中使用石灰石粉替代粉煤灰时，石灰石粉的比表面积控制在500m2/kg—600m2/kg为宜，太小无法发挥其填充效应，影响混凝土强度；太高则容易造成混凝土坍落度损失过快。

(2)石灰石粉替代粉煤灰时，替代比例应控制在50%—75%之间，在此区间能够达到较好的填充效果，得到较好的混凝土强度；如超过75010，则不仅加速混凝土的坍落度损失，而且会降低混凝土的强度。

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参考文献：

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[2]蔡基伟，李北星，周明凯，胡晓曼．石粉对中低强度机制砂混凝土性能的影响[J]，武汉理工大学学报，2006，28(4):27~30

[3]徐健，蔡基伟，王稷良，等，人工砂与人工砂混凝土的研究现状[J]，国外建材科技，2004，(3):20~ 24

作者简介

刘伟华，1979年生，硕士研究生，工程师，主要从事混凝土及水泥基材料的生产应用及产品开发工作。

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