石灰石在混凝土中的应用综述1

1、石灰石粉作为矿物掺合料在混凝土中的应用综述Summarize and Research on Application of Limestone Powder as a Mineral Admixture in Concrete摘要：石灰石粉在混凝土中应用技术规程标准的出台，标志着石灰石粉的大量合理利用成为可能。本文通过多石灰石粉在水泥和混凝土中的应用研究，总结了石灰石粉在混凝土中的作用机理及应用技术要点。同时石灰石粉的应用为建筑垃圾细粉化应用于混凝土也提供了参考。关键词：石灰石粉；机理；掺合料Abstract:With the introduction of Limestone powder

2、in concrete technical regulations, the standards mark a lot of rational use of limestone powder as possible. Through the application of multi-limestone in cement and concrete, and summarizes the mechanism of limestone powder and its application in concrete technical points. At the same time the appl

3、ication for construction waste limestone powder used in concrete technology also provides a reference.Key words：limestone powder;Mechanism;admixture0引言 石灰石粉是指以碳酸钙含量在一定标准之上的石灰石为原料，经粉磨至规定细度的粉状材料。随着我国经济建设的发展和城市化的进一步推进，混凝土产量也有了巨大的飞跃。随之引起混凝土原材料，尤其是高品质的矿物掺合料在一部分地区开始供不应求。其中优质粉煤灰价格上涨明显，性价比不高，即便如此仍然“好灰难求”。随着

4、石灰石粉在混凝土中应用技术规程行业标准的发布，它与石灰石粉混凝土国家标准一起指导石灰石粉作为矿物掺合料应用于混凝土中。通常对矿物掺合料标准中的定义是以活性氧化硅、氧化铝和其他有效矿物为主要成分，在混凝土中代替部分水泥改善混凝土综合性能，且掺量一般不小于5%的具有火山灰活性或潜在水硬性的粉体材料。从这个意义上讲，石灰石粉并不能划归矿物掺和料，而应理解为参照矿物掺合料使用的非活性石粉材料。其主要意义在于提高资源的利用率，减少机制砂或粗骨料生产过程中产生的固体粉料对环境的污染。 石灰石粉作为水泥中混合材的研究 石灰石粉作为水泥混合材应用应用于水泥中的开始时间较早，包括中国、美国、加拿大及欧洲的一些国

5、家都成型了相关标准，只是不同国家和地区的标准中关于石灰石粉的掺量限制有所不同。大部分国家对于石灰石粉在相应水泥中的的掺量限制在5%以内。石灰石硅酸盐水泥中石灰石粉的允许掺入量水泥品种水泥代号石灰石粉掺量混合材总掺量硅酸盐水泥P.00硅酸盐水泥P.05%05%普通硅酸盐水泥P.O08%620%从上表可以看出，在硅酸盐水泥中加入出超过8%的石灰石粉，在不改变水泥烧失量，标准稠度用水量，凝结时间和强度等性能的前提下仍可作为普通硅酸盐水泥使用。 在水泥混合材中使用的石粉量相对于在混凝土中使用的一般的矿物掺合料来说总量偏少，且石灰石粉水泥在混凝土实际应用并不广泛，大多工程人员担心水泥质量的波动引起混凝土

6、土质量不好控制，因此并没有实现石灰石粉的大量应用。2 石灰石粉作为矿物掺和料的研究结果举例周洁等1-2的研究表明石灰石并非惰性掺合料，在混凝土中替代粉煤灰后新拌混凝土的工作性显著改善，黏性下降，硬化后混凝土的强度略有提高。石粉代替粉煤灰能降低混凝土的原因主要是石粉相对于粉煤灰的需水量低，相同细度时，这与石粉光滑的表面结构有关。随着石粉的细度增大，粉磨石粉的难度和能耗急剧上升，经济性下降，而且石粉的需水量增加，对混凝土的强度不利。石粉作为矿物掺合料应用于混凝土中主要原因是石粉部分取代水泥后对混凝土的强度影响不大。这主要是由于分布均匀的石粉在水泥水化过程中对起晶核作用，能加速水泥水化尤其是C3S的

7、水化。而粉煤灰应用于混凝土其活性的发挥主要在60天以后。重庆大学肖斐等认为石灰石粉作为矿物掺合料的细度要求在1000m2/kg2500m2/kg，最佳掺量为胶凝材料总量的5%20%。石灰石粉的掺入能显著改善混凝土的和易性及坍落度损失，同时降低减水剂或单位用水量，随着石灰石粉细度的增加，对混凝土早期力学性能的增强作用越明显。考虑到粉磨的能耗，需水比及石灰石粉细度对混凝土早期的强度的影响，在石灰石粉在混凝土中的应用技术规程中规定石灰石粉的细度参照水泥细度的检测标准，45m方孔筛筛余小于等于15%。3 石灰石粉和机制砂配置混凝土配合使用中的问题 机制砂也叫人工砂，就是把山石破碎成粒径小于5mm的适合

8、建筑使用的砂子。在我国南方地区，例如浙江省从90年代已经开始大规模使用机制砂，并制定了相关的地方标准。之后北京、云南，湖南等地方也开始了机制砂的使用。从时间和范围来看，机制砂的大规模使用已成趋势，但机制砂使用中石粉含量的控制和作用在不同地区差别很大。许多工程技术人员对此缺乏了解，阻碍了机制砂的迅速推广。 目前市场生产的机制砂细度模数在2.63.6之间，颗粒级配稳定，但大多表现出两头多中间少的情况。即大颗粒和细颗粒比较多，中间级配缺乏。应用于混凝土中，主要问题表现在新拌混凝土的单位需水量高，和易性不好控制。这主要是机制砂本身有裂隙，空隙及空洞。相同砂率和单位用水量情况下，增大了砂子的比表面积，吸

9、附了更多的自由水，导致混凝土的塌落度降低。相同情况下机制砂混凝土比天然河砂混凝土需水量增加510Kg。水胶比不变的情况下，胶凝材料用量略有增加。但由于机制砂中石粉的存在，混凝土的强度往往略有提升。 在人工砂混凝土的标准中石粉含量石粉含量限制在10以内，使用机制砂和天然砂配置混凝土时，为了得到良好的和易性，机制砂的砂率往往比天然砂大，单位用水量比天然砂高，虽然由于石粉的掺入，机制砂混凝土的强度并没有降低，甚至略有提升，但是高砂率却会导致混凝土的体积稳定性下降。4 石灰石粉矿物掺和料发挥作用的机理 石灰石粉定性为非活性材料，只有达到一定细度才参与水泥水化，具有吸水效应、形态效应、填充作用和晶核效应

10、。由于石粉本身有很高的强度，均匀分布在水泥石中可优化粉料的级配，充当骨架的作用。磨细后的石灰石微粒对硅酸三钙的水化有明显的晶核作用，能加速水泥熟料水化增强早期强度。同时为Ca(OH)2晶体的形成提供大量分散均匀的小晶核，避免Ca(OH)2沿特定方向生长成为大晶体从而使掺加有石灰石粉的混凝土能大大减少界面区Ca(OH)2的晶体缺陷，增强界面区的性能。使混凝土更趋近于连续均匀的整体结构，相关研究指出石灰石粉在早期能提高水泥水化速率，而后期强度不增长。目前业内担心的问题 石灰石粉被定性为非活性材料，目前参照水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料标准测试标准测试石灰石粉的活性，但这个系数不应理解为石灰石粉

11、的活性系数，而应该理解为石灰石粉作为胶凝材料取代水泥后对原胶凝材料体系的影响因数。从这个意义上来讲，不仅石灰石粉可以经磨细后应用于混凝土，其他材质的石材或石粉也可以经磨细后应用于混凝土的胶凝材料体系。尤其是建筑一些本身多孔材料，破碎后不宜用于粗骨料或细骨料的建筑废弃物。5 石灰石粉在实际生产应用中的注意事项5.1控制单位用水量。单位用水量的多少不仅关乎混凝土生产的成本，更是决定决定硬化后混凝土的耐久性的关键因素。众所周知，混凝土的强度主要取决于水胶比。在实际生产中为了获得良好的和易性，许多生产企业不惜将单位用水量提高1020Kg以迎合客户方便施工的无理要求。殊不知随着单位用水量的提高不仅水泥用

12、量增加，混凝土生产成本上升，由于水泥石的缺陷增加混凝土的耐久性大大降低。5.2控制石灰石粉的品质，尤其是含泥量，亚甲蓝值。石灰石粉的品质主要与母岩的品质决定，同时受生产工艺的影响。在石灰石粉的生产过程中必须严格控制母岩中风化物的含量，进而达到产品的零含泥。这对于保证混凝土的质量至关重要。5.3控制机制砂中的石粉含量。 机制砂中石粉含量在不同地区差别很大。这主要是生产工艺的不同造成的。5.4保证最少水泥用量，同时与其他矿物掺合料复合使用。 在混凝土的胶凝体系中水泥水化产物是最重要的胶凝剂，它将粗细集料粘合在一起形成混凝土结构。在Mehta P.K的混凝土微观结构、性能和材料一书中指出，在硬化混凝

13、土的结构中，填充在粗细集料之间的水化水泥浆体包括四个固相和类型。分别是水化硅酸钙相（占固相体积的50%60%），氢氧化钙晶体（占固相体积的2025%），硫铝酸钙相（占固相体积的15%20%），其余部分为未水化的水泥颗粒。石灰石粉的掺入本质上是要将未水化的水泥替换为石粉填充，但不能影响整个体系的胶结强度。因此在石灰石粉应用时要强调最少水泥用量以保证混凝土的强度。5.6加强后期的养护工作。混凝土的后期浇水养护对混凝土的裂缝控制尤其重要，由于石灰石粉浆体本身粘度较低，表面光滑容易失水干缩。因此相对于普通混凝土，石灰石粉混凝土更需要关注后期的养护工作以获得良好的使用性能。6 结语石灰石粉作为矿物掺合料

14、应用于混凝土中主要是起填充和骨架作用，能均匀分散水泥颗粒，并在水泥水化过程中起晶核作用从而加快水泥熟料的早期水化速度，提高混凝土的早期强度。现代混凝土设计思路是低浆配合比，低水泥用料，低单位用水量。砂率增大会增加混凝土的开裂风险。建筑垃圾由于其来源既有砂浆又有混凝土和砖瓦等孔隙率大的颗粒，目前很多科研人员力图将建筑垃圾破碎生产成混凝土的粗细骨料，应用于可再生混凝土，虽然生产成本低廉，但由于产品本身的强度不高，吸水率较大，造成生产的混凝土强度大幅降低。故大部分可再生混凝土只能应用于地面硬化等对混凝土强度要求比较低的工程结构中。现在参照石灰石粉的应用机理，可以将磨细的建筑垃圾作为混凝土胶凝体系的一

15、部分应用于混凝土，这对于缓解建筑垃圾的污染和混凝土原材料的缺乏都有重要的意义。参考文献 1 潘明南.超细石灰石粉对高强高性能混凝土的性能影响J.山西建筑,2008(30期):187.2 杨柳,宋少民.石灰石粉与矿物掺合料复掺对混凝土工作性及强度的影响J.北京建筑工程学院学报,2010(2期):49-54.3 刘战鳌,周明凯,姚楚康.细粉对机制砂亚甲蓝值的影响研究J.混凝土,2013(11期):112-115.4 宋少民.石灰石粉在混凝土中应用的综述与研究_J.科技导航,出版年缺失(期缺失):页码范围缺失.5Pierre-Claude Aitcin , Cements of yesterday and today Concrete of tomorrow J. Cement and Concrete Research 30（2000）1349-13596 陈飚等.石粉含量对C80机制砂混凝土性能的影响J.武汉理工