石灰石粉对水泥石浆体收缩性能的影响

石灰石粉对水泥石浆体收缩性能的影响

通过生产石材碎石、机制砂等混凝土材料，产生了大量的副产品，即石材粉末。由于破碎工艺不同,石灰石粉的粗细程度、粒型以及颗粒级配差异很大,质量不稳定,掺入混凝土中,可能致使混凝土单位用水量增大、强度降低、施工性能以及耐久性能变差。因此,GB/T14684-2001建筑用砂明确规定了机制砂中石粉含量的最大限值。在此情况下,大量的石灰石粉被废弃堆放,占用良田,污染环境,研究如何利用石灰石粉成为当务之急。有文献表明,在混凝土中掺入一定量的磨细石灰石粉可以改善混凝土的工作性能、力学性能以及耐久性能,但不定量、无限制的掺入,必然对其强度、施工性能和耐久性能带来不良影响。为达到有效利用石灰石粉的目的,本文重点研究不同细度石灰石粉作为掺合料对混凝土收缩性能的影响。1材料及掺合物1)水泥。水泥采用重庆拉法基水泥厂生产的52.5R普通硅酸盐水泥。2)细集料。细集料采用岳阳中砂,细度模数为2.6。3)粗集料。粗集料采用歌乐山石灰岩碎石,最大粒径Dmax=20mm,5mm～20mm连续级配。4)矿物掺合料。矿物掺合物采用石灰石粉,比表面积分别为2000cm2/g,10000cm2/g,20000cm2/g。5)外加剂。外加剂采用WH-2型高效减水剂,重庆健杰科技有限公司生产。2测试方法2.1收缩试验方法收缩试验方法按GBJ82-85普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法进行。2.2试验计划12用石膏粉外包法石灰石粉外掺时混凝土配合比见表1。2石膏粉取代了水泥磨细石灰石粉取代水泥时混凝土配合比见表2。3试验结果与讨论3.1减少混凝土的收缩从图1可以看出,掺入石灰石粉的两组试件(LSW-20组和LSW-50组)的收缩率均比未掺石灰石粉(LS-0组)的要小,故可以认为,石灰石粉外掺时,有利于降低混凝土的收缩。石灰石粉降低混凝土收缩率的主要原因是:与水泥颗粒相比,石灰石粉的表面较为光滑,需水量较低,可以使相同水灰比条件下的水泥石浆体中保留相对较多的自由水,从而降低其收缩。另外,石灰石粉颗粒中的CaCO3可以与水泥颗粒中的C3A发生反应,生成膨胀性水化产物C3A·CaCO3·11H2O,以补偿收缩。石灰石粉的微集料效应,填充了水泥石内部的孔隙,并且改善了孔结构,这也有利于改善混凝土的收缩。从图1中还可以看出,当石灰石粉掺量为50%时,混凝土的收缩比掺量为20%的大,原因是:虽然石灰石粉掺量增加了,但由于提高了水胶比,而且粉体材料过多,收缩因而增大。文献研究表明石灰石粉的掺量对混凝土收缩的影响不同。对于掺加了石灰石粉的试件,其3d的收缩率随着石灰石粉掺量的增加而降低,7d的收缩率则以10%石灰石粉掺量为界,当石灰石粉掺量小于10%时,收缩率将随其掺量的增加而增加;当石灰石粉掺量大于10%时,结果正好相反。当石灰石粉的掺量等于15%时,其3d和7d的自收缩率分别降低了18.11%和28.53%。由此可知,只有当石灰石粉掺量超过一定值,才能够改善混凝土的收缩状况。这主要是因为,少量掺加石灰石粉会加速水泥的早期水化,使水泥石浆体中自由水消耗过快,导致水泥石中自干燥现象加剧,从而增大了混凝土收缩。3.2混凝土的收缩率试验中采用了两种不同细度的磨细石灰石粉,一种比表面积为2000cm2/g,另一种比表面积为20000cm2/g。由于细度不同,其对混凝土收缩的影响也不同。图2,图3分别为这两种比表面积的石灰石粉取代水泥时对混凝土收缩的影响曲线。从图2中可以看出,掺加石灰石粉的混凝土试件,14d前的收缩率明显小于未掺石灰石粉的LS-0组。但在14d～28d之间,当石粉掺量较小(5%)时,混凝土试件的收缩率比未掺石灰石粉的要大,而随着掺量增大,混凝土收缩率变小,当掺量达到20%时,收缩率小于未掺石灰石粉的混凝土。笔者认为,由于石灰石粉促进水泥水化,并参与水化反应生成钙矾石,体积膨胀,因而掺加石灰石粉的混凝土试件早期收缩小。14d后,钙矾石基本已经完全生成,对收缩影响不大,收缩量加大。从图2中还可知,比表面积为2000cm2/g的石灰石粉取代水泥掺入混凝土中,混凝土的收缩率随掺量增大而减小。由图3可看出,比表面积为20000cm2/g的石灰石粉取代水泥掺入混凝土中,当掺量较小(5%)时,混凝土的收缩率小于未掺石灰石粉的LS-0组;当掺量增大为10%,20%时,混凝土的收缩率明显大于LS-0组。同时可看出,混凝土的收缩率随石粉掺量的增加而增大。4水泥缩合反应1)石灰石粉(比表面积10000cm2/g)外掺时,混凝土的收缩减小,石灰石颗粒中的CaCO3可以与水泥颗粒中的C3A发生反应,生成膨胀性水化产物C3A·CaCO3·11H2O,以补偿收缩。2)石灰石粉取代水泥,比表面积较小(2000cm2/g)时,