曹德光：石灰石對水泥混凝土性能影響及研究

　　6月22日，中國混凝土與水泥制品協(xié)會在廣西南寧組織召開了全國石灰石粉在水泥與混凝土中應(yīng)用技術(shù)研討會。廣西大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授曹德光介紹了石灰石對水泥混凝土性能影響及研究。

廣西大學(xué)教授曹德光

　　他首先對石灰石進(jìn)行了介紹。石灰石屬于沉積巖，石灰?guī)r（Limestone）簡稱灰?guī)r，以方解石為主要成分的碳酸鹽巖，經(jīng)變質(zhì)作用后轉(zhuǎn)化為大理巖。有時(shí)含有白云石、粘土礦物和碎屑礦物，有灰、灰白、灰黑、黃、淺紅、褐紅等色，與稀鹽酸反應(yīng)劇烈。方解石的化學(xué)成分為碳酸鈣、莫氏硬度3、三組菱面體完全解理，密度2.60~2.8g/cm³。
　　石灰石在混凝土中的存在形式有粗集料（≥4.75mm）和細(xì)集料（0.2mm～4.75mm）之分，在使用時(shí)需要研究石灰石巖石特性對混凝土性能的影響，研究破碎后粒度、形狀和界面特征對混凝土性能的影響。

石灰石與石灰石微粉

　　石灰石微粉

　　石灰石微粉（≥350m²/kg）是與水泥相當(dāng)?shù)哪z凝材料，作為水泥原料時(shí)，在滿足水泥質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可做混合材。而作為混凝土原料，滿足混凝土質(zhì)量要求，即可作為摻合料。在使用石灰石微粉時(shí)，需要研究作為水泥和混凝土使用時(shí)的作用和標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)差異。石灰石微粉的形態(tài)特征分為單晶顆粒和多晶顆粒。

單晶顆粒和多晶顆粒

　　石灰石對外加劑的吸附量特性

　　石灰石粉細(xì)度：330m²/kg其它材料細(xì)度相近。石灰石對外加劑的吸附量極小，是水泥的二十分之一左右。

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　　石灰石活性特征

　　應(yīng)該考慮石灰石的幾個(gè)特性
　　1、石灰石中方解石含量的影響
　　2、石灰石中方解石顆粒形態(tài)、大小和分布特征的影響
　　3、石灰石中共生礦物的影響
　?。?）白云石的影響（氧化鎂表示或XRD表示）
　?。?）酸不溶物
　　A、石英或燧石的影響
　　B、粘土礦物的影響（用Al₂O₃表示）
　?。╝）蒙脫石
　?。╞）高嶺石
　　（c）伊利石
　　C、有機(jī)物的影響
　　對混凝土密實(shí)度、泌水率和凝結(jié)時(shí)間的影響
　　1、相同水灰比和水泥用量條件下?lián)饺牒筒粨饺胧沂刍炷聊Y(jié)時(shí)間、含氣量和泌水率的影響(引自《混凝土》1996（10））

　　從此可以看出，石灰石粉對凝結(jié)時(shí)間影響??；摻入石灰石粉可以減小氣孔率、增加密實(shí)度，減少泌水率。
　　2、不同細(xì)度石灰石粉對混凝土孔隙率的影響(引自《粉煤灰》2009（2））

　　石灰石細(xì)度越細(xì)，混凝土的孔隙率越低、密實(shí)度越大；只有當(dāng)細(xì)度小于某一閥值（如0.6%），含石灰石混凝土的密實(shí)度才可能超過參比混凝土。

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　　石灰石摻量對膠砂流動度的影響

　　石灰石細(xì)度：75微米篩余3.2%，比表面積452.6m²/kg；石灰石等量取代水泥；摻量在50%以內(nèi)，摻入石灰石膠砂流動度增加。

　　石灰石粉對混凝土經(jīng)時(shí)流動度損失的影響

　　超量摻入10%石灰石粉混凝土，可延長15min的凝結(jié)時(shí)間；等量摻入（5-20%）石灰石，流動度增大，經(jīng)時(shí)損失延長30min。

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　　減少水膠比
　　相同流動特性時(shí)石灰石含量對水灰比的影響（引自《四川水泥》2000（4））

　　相同石灰石含量對不同水泥用量混凝土坍落度的影響（引自《混凝土》1996（10））

　　不同石灰石含量對相同水泥用量混凝土坍落度的影響（引自《混凝土》1996（10））

　　結(jié)論得出，相同水泥用量條件下，隨著石灰石含量增大（增量摻入），坍落度增大。
　　石灰石細(xì)度對坍落度的影響：細(xì)度越細(xì)，坍落度越大；細(xì)度超過某一閥值，坍落度增加不明顯。
　　石灰石摻量對水泥凈漿結(jié)合水的影響

 　　石灰石粉細(xì)度：729m²/kg；等量替代水泥至30%。
　　從數(shù)據(jù)可以看出，隨著石灰石摻入量的增大，凈漿結(jié)合水量由小變大，再有大變??；10%摻量左右的結(jié)合水量最大；石灰石15%摻量的結(jié)合水與純水泥樣相近；與純水泥樣相比結(jié)合水量之差存在：早期相差大，后期相差小。
　　石灰石摻入對水泥易磨性的影響

　　試驗(yàn)結(jié)果表明，石灰石摻量越大，篩余值變大，而比表面積增加；含石灰石水泥的細(xì)度更易于采用比表面積表征。

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　　摻量對C30混凝土強(qiáng)度的影響
　　各種水泥用量條件下，摻入10%石灰石粉體后，混凝土強(qiáng)度具有2-10%的增大；相同水泥用量條件下，隨著石灰石用量的增加（0-20%），混凝土強(qiáng)度具有2-12%的增大；石灰石的加入，對早期和長期強(qiáng)度的增加有益；相同膠凝材料條件下，摻入10%石灰石粉體后的混凝土，坍落度和強(qiáng)度均不低于不摻石灰石粉的混凝土。

　　石灰石粉體細(xì)度對高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的影響
　?、俚捅缺砻娣e石灰石粉對強(qiáng)度不利；比表面積應(yīng)大于2000cm²/g
　?、诒缺砻娣e越大，對強(qiáng)度的貢獻(xiàn)越大；
　　③摻入量在10%左右，增強(qiáng)效果最好；摻入量小于20%

　　最后，曹德光教授提出了研究結(jié)論。他認(rèn)為，石灰石微粉對水泥早期水化過程產(chǎn)生物理和化學(xué)兩方面的作用：1、比表面積越大，作用程度越明顯；2、石灰石有效摻入量與熟料質(zhì)量和數(shù)量間存在一個(gè)合理比值。石灰石對水泥性能的影響受到固定用水量的限制，以至于堿水作用不能發(fā)揮，表現(xiàn)出對早期強(qiáng)度的降低幅度小于后期、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量降低、凝結(jié)時(shí)間加快等現(xiàn)象。由于石灰石易磨性較好可以獲得較高的磨機(jī)產(chǎn)量，但使得水泥顏色變淺。石灰石對混凝土性能的影響呈現(xiàn)出良好的堿水效應(yīng)、早強(qiáng)效應(yīng)、增加流動度效應(yīng)，具有較差的抗硫酸鹽侵蝕和抗凍融能力，較粗的石灰石具有較大的收縮值。必須注意石灰石中伴生和共生礦物對水泥性能的影響。