行業(yè)資訊
石灰石粉在混凝土中應(yīng)用的試驗(yàn)研究
一、引言
混凝土摻合料是為了改善混凝土性能，降低用水，調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，在混凝土拌合時(shí)摻入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉狀礦物質(zhì)。摻合料可分為活性摻合料和非活性摻合料?；钚缘V物摻合料本身不硬化或者硬化速度很慢，但能與水泥水化生成產(chǎn)物起反應(yīng),生成具有膠凝能力的水化產(chǎn)物，如粉煤灰，粒化高爐礦渣粉，沸石粉，硅灰等。非活性礦物摻合料基本不與水泥組分起反應(yīng)，如石灰石粉，磨細(xì)石英砂等材料。近年來(lái)隨著我國(guó)城市建設(shè)、水電建設(shè)的快速發(fā)展，商品混凝土大量推廣使用，做為商品混凝土不可缺少的粉煤灰等摻合料許多地區(qū)出現(xiàn)了供應(yīng)不足的情況，隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ/T 318—2014《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的頒布，自2014年10月1日起實(shí)施，石灰石粉目前已成為新的礦物摻合料，必將在我國(guó)混凝土行業(yè)中得到普遍應(yīng)用。石灰石粉是以生產(chǎn)石灰石碎石和機(jī)制砂時(shí)產(chǎn)生的細(xì)砂和石屑為原料，通過(guò)進(jìn)一步粉磨制成的粒徑不大于10μm的細(xì)粉，在混凝土中具有良好的減水和填充效應(yīng)，可改善混凝土的各項(xiàng)性能[1]。石灰?guī)r的強(qiáng)度偏低，很容易將其磨細(xì)加工成石灰石粉，加工費(fèi)用較低，符合利用石灰石粉的經(jīng)濟(jì)性[2]。但石灰石粉也存在活性低、含泥量高等問(wèn)題，使得其在混凝土中的應(yīng)用需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。所以本文主要研究寧夏銀川地區(qū)的石灰石粉部分代替粉煤灰進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)和普通混凝土試配試驗(yàn)，對(duì)比混凝土工作性能和力學(xué)性能的影響變化，為石灰石粉在商品混凝土中的最佳摻量提供一定的參考。
二、原材料和試驗(yàn)方法
1）試驗(yàn)原材料
1.1水泥：寧夏瀛海天琛建材有限公司生產(chǎn)的瀛海牌P.O42.5R水泥，初凝時(shí)間為147min，終凝時(shí)間為223min，細(xì)度45μm篩余為9.6%，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為25.6%，3d抗折強(qiáng)度6.0MPa，28d抗折強(qiáng)度8.6MPa ，3d抗壓強(qiáng)度31.8 MPa ，28d抗壓強(qiáng)度 49.2MPa。
1.2粉煤灰：華電寧夏靈武發(fā)電有限公司產(chǎn)Ⅰ級(jí)粉煤灰，細(xì)度45μm篩余為10.5%，需水量比為93%，燒失量為3.7%。
1.3石灰石粉：銀川市賀蘭山中鈣石灰石粉，細(xì)度45μm篩余為8.9%，需水量比為94%，燒失量為39.58%。
1.4細(xì)骨料：內(nèi)蒙古阿拉善左旗產(chǎn)天然砂，細(xì)度模數(shù)3.0，表觀密度2640Kg/m3，孔隙率為42%。
1.5粗骨料：銀川賀蘭山產(chǎn)石灰?guī)r碎石，5-25mm連續(xù)級(jí)配，壓碎指標(biāo)8.9%，表觀密度2700Kg/m3，孔隙率為47%。
1.6泵送劑：寧夏海森建材有限公司生產(chǎn)的HS泵送劑，含固30%。
2)試驗(yàn)方法
2.1原材料試驗(yàn)
①水泥：按照GB 175—2007《通用硅酸鹽水泥》、GB/T 1346—2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》、GB/T 1345—2005《水泥細(xì)度檢驗(yàn)方法 篩析法》、GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
②摻合料：粉煤灰按照GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)；石灰石粉按照J(rèn)GJ/T 318—2014《石灰石粉在混凝土中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
③細(xì)骨料和粗骨料：按照JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
④泵送劑：按照GB 8076—2008《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
⑤混凝土拌合物性能試驗(yàn)：按照GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
⑥混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)：按照GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)。
⑦配合比：按照JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
2.2水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)
根據(jù)表1的配合比制備膠砂，以GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》活性指數(shù)試驗(yàn)方法為思路，按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，測(cè)定7d和28d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。用磨細(xì)石灰石粉以5%、 10%、 15%的取代率來(lái)代替粉煤灰，研究當(dāng)石灰石粉摻量在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響。
2.3普通混凝土試配試驗(yàn)
以商品混凝土攪拌站經(jīng)常生產(chǎn)的C20—C50的普通混凝土為研究對(duì)象，表2為單摻粉煤灰的配合比，表3為復(fù)摻石灰石粉和粉煤灰的配合比。說(shuō)明：試驗(yàn)配合比以單摻粉煤灰與復(fù)摻石灰石粉和粉煤灰在初始坍落度基本相同的情況下進(jìn)行試配。
三、試驗(yàn)結(jié)果與分析
1）石灰石粉對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響
單摻粉煤灰與復(fù)摻粉煤灰與石灰石粉的膠砂強(qiáng)度對(duì)比見(jiàn)表1，由表1可知：粉煤灰和石灰石粉復(fù)摻25%時(shí)，當(dāng)石灰石粉等量取代10%粉煤灰，水泥膠砂7d、28d抗折抗壓強(qiáng)度與單摻25%粉煤灰基本相同； 粉煤灰和石灰石粉復(fù)摻30%時(shí)，當(dāng)石灰石粉等量取代15%粉煤灰，水泥膠砂7d、28d抗折強(qiáng)度無(wú)明顯降低，而28d抗壓強(qiáng)度有所增加；粉煤灰和石灰石粉復(fù)摻35%時(shí)，隨著石灰石粉等量取代粉煤灰摻量的提高，水泥膠砂7d、28d抗折抗壓強(qiáng)度都有所降低；粉煤灰與石灰石粉復(fù)摻，以5%、 10%、 15%的石灰石粉等量取代粉煤灰，且隨著石灰石粉摻量的增加7d抗折強(qiáng)度變化不明顯，但28d抗折強(qiáng)度有下降的趨勢(shì)，說(shuō)明石灰石粉在較低摻量15%以下時(shí)對(duì)抗折強(qiáng)度影響不大。
2）摻石灰石粉對(duì)普通混凝土抗壓強(qiáng)度的影響分析
從圖1和圖2分析可得：適量摻入石灰石粉的普通混凝土7d強(qiáng)度和單摻粉煤灰的相比，強(qiáng)度都有所提高，這說(shuō)明復(fù)摻石灰石粉可促使其膠凝材料早期水化速度加快，并且28d和60d強(qiáng)度相差不多或略有提高，進(jìn)一步說(shuō)明在混凝土中以10-15%左右的石灰石粉取代粉煤灰較為合理。一些研究表明，少量的石灰石粉能夠提高混凝土拌合物的坍落度和擴(kuò)展度，增加流動(dòng)性，隨著摻量的進(jìn)一步增加，流動(dòng)性和擴(kuò)展度會(huì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，摻入石灰石粉不僅對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度、28d強(qiáng)度有影響，對(duì)其后期強(qiáng)度也將產(chǎn)生一定的影響[3]。
由于石灰石粉粉磨的比水泥還細(xì)，顆?；境是驙睿砻嬗直容^光滑，在混凝土內(nèi)部顆粒間可以起到滾珠的作用[4]，一部分石灰石粉顆粒與粉煤灰、水泥顆粒經(jīng)均勻攪拌從而改善了水泥顆粒之間的空隙，繼而填充和改善了混凝土的空隙結(jié)構(gòu)，石灰石粉顆粒分散到水泥顆粒之中促使水泥顆粒解絮，能起到分散作用，所以磨細(xì)石灰石粉以一定比例摻入到混凝土中，可以改善混凝土的和易性，改善混凝土的工作性，可以增大混凝土的初始坍落度。摻適量的石灰石粉的混凝土與不摻石灰石粉的混凝土在初始坍落度基本相同的情況下可以減少混凝土單位體積用水量，減小水膠比，從而改善混凝土的力學(xué)性能。
石灰石粉作為新的礦物摻合料，應(yīng)該與粉煤灰等其它摻合料雙摻疊加來(lái)發(fā)揮它的“填充效應(yīng)和微集料效應(yīng)”。寧夏銀川地區(qū)石灰石資源破碎如只用于碎石的生產(chǎn)應(yīng)用，既造成了資源浪費(fèi)，也會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染；把石灰石資源破碎精加工分級(jí)形成碎石機(jī)制砂和石灰石粉，以取代日益緊缺的天然河砂和粉煤灰，實(shí)現(xiàn)了石灰石資源在混凝土中的無(wú)污染最大化應(yīng)用[5]，石灰石粉是一種有著廣闊應(yīng)用前景的礦物摻合料[6]。石灰石粉是一種新型的綠色礦物摻合料能夠很好地解決混凝土用粉煤灰礦渣等礦物摻合料資源短缺和價(jià)格上漲的局面[7]。商品混凝土企業(yè)如果計(jì)劃使用這種新型摻合料石灰石粉，試驗(yàn)室應(yīng)該多做試驗(yàn)，反復(fù)驗(yàn)證，還應(yīng)觀察混凝土的長(zhǎng)期力學(xué)性能和耐久性，以確保工程質(zhì)量。
四、結(jié)論
(1)石灰石粉的主要成分是CaCO3,摻到混凝土中活性較低，主要起填充作用，合理的選擇石灰石粉的摻量部分取代粉煤灰可以改善混凝土的工作性，可以提高混凝土的密實(shí)性。
(2)石灰石粉和粉煤灰復(fù)摻可促使其膠凝材料早期水化加快，混凝土早期強(qiáng)度有所提高，而后期強(qiáng)度相差不多或略有提高；由于石灰石粉粉磨的比水泥還要細(xì)，所以在水泥水化時(shí)能進(jìn)入水泥水化產(chǎn)物的孔隙中，起到微細(xì)集料的作用，使硬化后混凝土的結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而提高其強(qiáng)度[2]。混凝土中摻入粉煤灰的同時(shí)適量(10-15%左右)摻入石灰石粉較為合理。此結(jié)論對(duì)于商品混凝土攪拌站科學(xué)合理使用石灰石粉具有很好的指導(dǎo)意義。
(3)我國(guó)石灰石分布廣泛，儲(chǔ)量十分豐富，易于粉磨加工，使得石灰石粉成為混凝土摻和料中最經(jīng)濟(jì)而且很容易得到的材料。而將石灰石粉代替部分粉煤灰摻加到混凝土中，實(shí)現(xiàn)了一舉兩得的效果，對(duì)于緩解商品混凝土工程原材料緊缺、節(jié)省工程投資、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源等具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
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