石灰石粉胶凝材料在混凝土中的应用

摘要：随着建筑工程中高性能混凝土的广泛应用，混凝土配合比设计时胶凝材料中掺合料的种类繁多，可以从不同角度改善高性能混凝土的工作性能。本文通过对石灰石粉胶凝材料在混凝土应用的详细介绍，分析石灰石粉胶凝材料在混凝土中的工作机理，验证石灰石粉作为胶凝材料在混凝土中的可行性，在高性能混凝土配合比设计中开拓思路，当胶凝材料其他掺合料资源有限时，指引试验人员采用石灰石粉胶凝材料改善混凝土性能，节约混凝土施工成本。

关键词：混凝土配合比；石灰石粉胶凝材料；施工应用；分析

1、引言

近些年来，为了高性能、节约、绿色混凝土的可持续发展，采用具有胶凝活性的矿物掺合料已成为混凝土制备的主流方式。但随着我国对环境保护意识的不断提升和新型绿色能源的迅速发展，粉煤灰和矿渣的产量已经无法满足混凝土生产的需求，并大幅度提高了混凝土的生产成本。国内外研究学者对石灰石粉混凝土进行了深入研究，表明了石灰石粉作为混凝土矿物掺合料的做法是可行的，同时在水泥基材料中的实例应用已经有了很多案例。但是掺量对于石灰石粉混凝土的工作性、强度、耐久性等性能影响依旧没有一个较广泛的结论，在实际工程中如何把握石灰石粉混凝土中石灰石粉掺量和推广仍是个不小的难题。

2.石灰石粉胶凝材料在混凝土作用机理

1.宏观分析：石灰石粉是由天然石灰石经过破碎、碾磨、筛分等工艺加工制成的粉体，密度约2.6g/cm³，其主要成分是碳酸钙（CaCO3），与混凝土骨料主要成分一致，从宏观来说石灰石粉在混凝土中的作用是填充空隙，密实混凝土结构。

2.微观分析：碳酸钙本身是一种惰性材料，但是在一定细度后可以通过与水泥反应形成钙硅酸盐胶凝体。

混凝土的水化特性、反应产物与微观结构直接影响混凝土的强度和耐久性。石灰石粉的加入会改变混凝土的水泥石和水化产物的形成过程，从而影响其力学性能和耐久性。其水化特性和微观特性也决定了混凝土的孔隙结构，包括孔隙大小、孔隙分布和孔隙连接性。石灰石粉的加入可以影响混凝土的孔隙结构，从而影响其渗透性、气密性和抗渗性能。石灰石粉混凝土的微观结构对其性能和应用具有重要影响，因此在设计和制备含石灰石粉的混凝土时，石灰石粉质量、掺量将直接影响混凝土强度、硬度和抗渗性。

3、石灰石粉、粉煤灰抗压强度比

为验证石灰石粉、粉煤灰在胶凝材料中对强度的影响，实验室采用水泥胶砂来进行抗折强度、抗压强度试验。水泥选择P·O42.5水泥，ISO标准砂，水胶比为0.5，石灰石粉、粉煤灰均为30%内掺，依据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T 1596-2017附录C粉煤灰强度活性指数试验方法进行试验，选择7天强度进行比对。

根据水泥胶砂7天强度来分析，石灰石粉与粉煤灰相比较，石灰石粉对胶砂抗折强度影响与粉煤灰相似；对胶砂抗压强度来比较，石灰石粉相对于粉煤灰作为掺合料对胶砂早期强度贡献不如粉煤灰，但是对强度有一定影响，也表明石灰石粉在水化反应时作为惰性材料来考虑，石灰石粉在水泥胶凝体系中主要起到了填充作用，参与反应的石灰石粉占比较少。

4、石灰石粉在混凝土中的应用

1.材料质量控制

石灰石粉作为胶凝材料在住房和城乡建设部及国家标准规范中要求的主要控制指标为：碳酸钙含量、细度 （45/mm方孔筛筛余）、活性指数、流动度比、含水量、亚甲蓝值，在铁路标准中考虑了混凝土中的总碱含量，所以增加了石灰石粉碱含量检测指标。其中碳酸钙含量、亚甲蓝值与石灰石的母岩有直接的关系，应从源头进行控制，首次使用时应对所有指标进行检测评价，定期进行核查，日常进场验收对常规指标进行严格控制，保证材料进场质量。注意石粉与石灰石分的区别。

2.混凝土配合比应用

根据现阶段铁路、公路施工现场混凝土胶凝材料使用基本为水泥+掺合料（粉煤灰、矿粉），石灰石粉使用推广不广泛，为核查石灰石粉在施工中对高性能混凝土的影响，依托项目开展了石灰石粉与粉煤灰作为混凝土胶凝材料的对比。该项目为山区铁路项目，使用的水泥为P·O42.5；石灰石粉细度12.0%、碳酸钙含量85.0%；碎石采用5-31.5mm连续级配，细集料采用机制砂（中砂）细度模数2.8，母材采用卵石破损加工制成；外加剂为聚羧酸系高性能（缓凝型）减水剂掺量1%。项目选择C25普通混凝土进行，依据石灰石粉混凝土国家标准要求石灰石粉掺量在15-25%之间，选择混凝土配合比粉煤灰、石灰石粉掺量均为20%（内掺法），水胶比0.47，砂率选择45%，设计坍落度（160-200）mm，进行比较。

通过对粉煤灰、石灰石粉在混凝土中的比较发现，混凝土早期、后期抗压强度相差较小，说明石灰石粉可以代替现有配合比中的粉煤灰，充当掺合料，可以实现配合比设计要求的强度、耐久性。与国标石灰石粉混凝土中普通硅酸盐水泥掺加石灰石粉的影响系数0.8（20%），配合比设计规程粉煤灰的影响系数0.75-0.85（20%）相互印证。注意：如细集料采用石灰石加工制成的机制砂，在确定混凝土配合比石灰石粉在胶凝材料中掺量时，不能只考虑石灰石粉掺量，还应对机制砂中石粉进行一定比例的折算，折算后和石灰石粉一并作为掺合料考虑计算，特别是石粉含量较高时对混凝土掺合料的计算将产生一定影响。

3.施工性能、实体外观质量

实际施工时混凝土中掺入一定量的石灰石粉，其坍落度和含气量能够满足铁路混凝土施工要求，混凝土的粘聚性、保水性、泌水情况也随着石灰石粉的加入有所改善。石灰石粉的掺入增加了浆体的粘滞性，使混凝土拌合物的粘聚性增加，相应地减少了混凝土的离析、泌水。反映出混凝土中加入石灰石粉，在铁路混凝土实际施工中能够满足现场混凝土性能、外观质量。

4.石灰石粉混凝土经济型分析

C25普通混凝土为例，胶凝材料用量345kg（掺合料20%），成四川区域石灰石每吨价格约170元，粉煤灰每吨价格约230元，折算每方混凝土压降成本4.2元。石灰石粉胶凝材料混凝土的推广应结合区域内矿产资源来选择，针对石灰岩存量丰富，粉煤灰资源短缺的情况，可以进行大规模的推广使用。

从进场试验检测的角度分析，石灰石粉胶凝材料进场检测指标除碳酸钙含量以外其余检测指标均为工地试验室日常检测方法，无需针对石灰石粉进场检测配置新的仪器设备，所以石灰石粉作为一种胶凝材料在混凝土中的使用，不会增加工地试验室相应的检测成本。

5、结语

通过石灰石粉与常用掺合料粉煤灰的试验验证，得出石灰石粉作为混凝土胶凝材料具有优越的抗压强度、耐久性能，满足现阶段公路、铁路高性能混凝土施工需求，反应出石灰石粉在高性能混凝土中的良好作用。从目前来看，重点推行低碳、绿色工程，石灰石粉可以解决骨料生产过程中的粉尘废料，经过加工生产达到标准，可以实现综合利用，并且石灰石粉价格低廉，有效地节约混凝土生产成本，所以石灰石粉胶凝材料在混凝土中的应用发展前景十分客观。因石灰石粉在市场上厂家较少，生产工艺参差不齐，所以在工程实际应用中要结合实际材料，对石灰石粉混凝土进行设计验证，不能盲目的进行推广使用。

参考文献：

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