梁 庆，周汉章

1.广东南粤勘察设计有限公司，广东 广州 511453；2 .广州临海混凝土有限公司，广东 广州 511453

0 前言

混凝土是当今世界运用最广泛用量最大的建筑材料，它耐久性好、价格低廉、就地取材方便等众多优点，但是由于近几年砂石等混凝土原材料过渡被开发造成目前我国砂石、矿粉、水泥、粉煤灰等资源匮乏，石灰石粉作为掺合料在混凝土中的充分利用不仅可以解决石灰石粉带来的环境污染问题还可以采用石粉替代粉煤灰生产出满足设计要求的混凝土，石灰石粉作为惰性掺合料也就是非活性矿物掺合料指的是活性很低或者没有活性的掺合料，在砂石开采破碎过程中产生的石灰石粉，为在混凝土中科学、合理和安全地应用石灰石粉，通过在混凝土中的一系列试验验证其可行性以达到节能利废，同时产生良好的技术、经济和生态效益。

1 关于石灰石粉

1.1 石灰石粉的定义

图1 石灰石粉能谱分析

石灰石粉是一种以一定纯度的石灰石为原料经粉磨至规定细度的粉状材料，主要由方解石（CaC03）组成的矿物，石灰石粉主要构成元素为Ca，O，Mg，C，Si，Al（石灰石粉能谱分析如图1）其天然资源丰富，分布广泛，容易获得。在开采石灰石的过程中，产生了大量的石屑和石灰石粉，石灰石粉也可以用天然石灰石经机械加工成粉料直接获得。

1.2 石灰石粉GB/T30190-2013 国家标准技术要求

表1 石灰石粉的技术要求

1.3 国外对石灰石粉的应用

国外很早便开始将石粉运用于工程，最早使用石粉做掺合料的是1900 年左右建成的安哥拉的Capanda 坝，为了减少温度裂缝、降低成本，石粉在该工程中被大量使用。哥伦比亚的Miell 坝单方混凝土中使用了140kg 左右石粉，主要为了提高混凝土密实度。而约旦的Mujib 碾压混凝土重力坝，石粉占了总骨料的5%左右，经过检测，各项力学指标均达标［1］。

在日本，从20 世纪末石灰石粉已开始广泛应用于高流动性混凝土和高性能喷射混凝土。因为其填充水泥对环境有较低负荷，因此石灰石粉用作填料水泥在未来将更加突出。石灰石粉取代水泥在降低造价成本，减小水化热，提高资源利用以及保护生态环境等方面有突出的作用。法国生产此品种水泥已有较长的历史，产量也最多，已有品种标准CPJ45R 和CPJSSR，可复掺亦可单掺石灰石粉，单掺石灰石粉掺量为10%～25%［2］。

2 掺石灰石粉混凝土相关试验

2.1 试验原材料的选用

表2 试配原材料信息

2.2 矿物组成

表3 水泥氧化物及熟料矿物组成

表4 石灰石粉氧化物组成

表5 矿粉氧化物组成

表6 粉煤灰氧化物组成

表7 C30 石灰石粉代替煤灰混凝土配合比 kg

2.4 试配过程及物理性能

表8 石灰石粉不同取代率试配数据

3 掺石灰石粉混凝土试验数据分析

从表8 试配数据看出，S1 为基准配方，没有掺石灰石粉，外加剂掺量为2.2%，出机状态好，初始塌落度和扩展度、1h、2h 保塌效果在7 组试配中最好，28d、60d 抗压强度最高。S2为石灰石粉代替煤灰20%，外加剂掺量高于基准0.1%，出机状态与基准无太明显差别，初始、1h、2h 扩展度略差于基准组，7d 抗压强度高于基准组1.3MPa，28d 抗压强度略低于基准组60d 抗压强度比基准组低3MPa。S3 为石灰石粉代替煤灰40%，外加剂掺量2.3%，料出机状态略差于前面两组，1h、2h 浆体收缩较明显以致扩展度逐步减小，7d 抗压强度为7 组试配最高达到25.5MPa，28d、60d 抗压强度与掺20%石灰石粉S2 组相当，这说明掺石灰石粉后期无明显强度贡献。

S4 组为石灰石粉替代煤灰50%，外加剂掺量2.4%，试验过程中发现用水量不足，外加200g 水后，状态较好，塌落度扩展度略差于S3 组，7d、28d、60d 抗压强度都低于S3 组，随着石灰石粉的增加强度开始逐渐降低。S5 组为石灰石粉替代60%，外加剂掺量2.5%，搅拌过程中发现掺量不够，加到2.6%掺量后状态粘稠吸附水和外加剂比较明显，初始、1h、2h 塌落度扩展度小于S4 组7d 抗压强度低于S4 组，28d、60d 强度无太明显增长。当石灰石粉替代为80%，，外加剂2.6%，用水量都明显不够，料出机状态粘稠1h 后塌损大已经没有工作性能，随之容重也变轻，7d 抗压强度略高于S5 组，28d 仅仅为86%、60d 抗压强度反降。当石灰石粉替代为100%外加为2.8%时，外加剂掺量和用水量明显不够，料出机无法满足施工要求，7d、28d、60d 抗压强度仅为76%。

4 掺石灰石粉SEM 微观分析

4.1 样品SEM 成像图

图1 S1 样

图2 S2 样

图3 S3 样

图4 S4 样

图5 S4 样

图6 S5 样

图7 S7 样

4.2 样品SEM 成像图微观分析

从样品SEM 成像图1 可以看到基准组S1 掺粉煤灰试验，从成像图来看粉煤灰颗粒表面的水化产物较多并将粉煤灰颗粒包裹团聚在一起，说明粉煤灰己经参与了二次水化反应，从28d、60d 抗压强度也可以看出粉煤灰反应程度高活性高、强度贡献高，粉煤灰的活性激发有两种方式物理激发活性和化学激发活性，细化为减水效应、微集料效应和密实效应。［3］掺入粉煤灰后煤灰中的球形微珠起到滚珠轴承作用，这就使得混凝土出机状态流动性好。

成像图2 掺入20%的石灰石粉后通过观察成像图非活性掺合料石灰石粉的掺入能改善了混凝土的微观形貌，掺入20%石灰石粉后由于石粉的颗粒较细，它可以填充水泥浆体与骨料之间的孔隙，降混凝土内部的孔隙率提高其抗压强度，这点从S2 组7d 抗压强度可以体现比基准组高，从S3 成像图3 到图4可以看到石灰石粉掺到40%～50%后石灰石粉颗粒表面光滑度下降且带棱角的形貌，说明其与水泥水化产生的氢氧化钙发二次水化不充分，匹配度较差没有起到优化颗粒结构的作用，导致胶砂界面粘结薄弱，7d、28d、60d 抗压强度略下降。

S5 组图5 和S6 组、S7 组图6、图7 从形貌图上可以看出孔隙、无序的絮状物质和缺陷比前面三组要多，随着石灰石粉组份的增加孔隙率也将急剧增大，水化产物结构开始变得疏松并且石灰石粉有“吸附效应”会让吸附于骨料表面的自由水，导致流动度变小和易性变差，目前掺合料的活性激发方式主要是物理激发和化学激发，石灰石粉很明显不具备化学激发能力，不能够生成产生增强作用的水化产物或者可以促进水化反应的进行，所以掺入超量的石灰石粉后对强度的影响很大。

5 结论

活性掺合料粉煤灰具有物理活性和化学活性，其物理活性产生的效应包括减水效应、微集料效应和密实效应［3］，所以掺入粉煤灰的混凝土不仅和易性好而且抗压强度高，而非活性掺合料石灰石粉只具有物理活性，适量的石灰石粉可减少新拌混凝土的泌水与离析现象，石粉填充了砂石之间的孔隙使得混凝土级配得到了改善并使水泥石结构和界面结构更加密实，因颗粒细小的石灰石粉填充效应可降低混凝土的孔隙率，并使孔径减小，阻断了可能形成的渗透通路，在一定的程度上使水泥水化进程加快提高强度，石灰石粉可作为混凝土的新型辅助胶凝材料使用 。使用优质的非活性掺合料石灰石粉不仅可以节约成本并相应提高强度，还能为节能减排作出应有的贡献。