石灰石粉配制高強(qiáng)混凝土性能初探

胡 泊 石 齊 蔣雄偉

(江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院，江西 南昌 330001)

1 前言

隨著中國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，高強(qiáng)混凝土以其抗壓強(qiáng)度高、抗變形能力強(qiáng)、密實(shí)性能好、孔隙率低的優(yōu)越性，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用，而隨著國(guó)家城市化進(jìn)度的加快，高強(qiáng)混凝土越來(lái)越多的出現(xiàn)在民用建筑領(lǐng)域，現(xiàn)階段隨著混凝土行業(yè)水平的提高，發(fā)展高強(qiáng)混凝土勢(shì)在必行。

而在高強(qiáng)混凝土的配制中，由高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)所需求的低水膠比而帶來(lái)的流速慢，拌合物粘度大等嚴(yán)重影響施工性能的問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中，通常是通過(guò)選擇粒型飽滿級(jí)配優(yōu)良的粗骨料，摻入適量硅灰，或調(diào)整外加劑的引氣量來(lái)改善。而蔡基偉［1］認(rèn)為:石灰石粉在混凝土中有顯著的降黏效果。石灰石粉作為石灰?guī)r破碎的伴生料，獲取容易，易磨性高，且成本低廉。本文嘗試在C60 高強(qiáng)混凝土配合設(shè)計(jì)中引入磨細(xì)石灰石粉替代一定量的摻合料，并與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行物性能與力學(xué)性能的對(duì)比分析。

2 原材料選擇與試驗(yàn)方法

2.1 原材料選擇

(1)水泥

江西省萬(wàn)年青生產(chǎn)的P.O 52.5 普通硅酸鹽水泥，密度3.02 g/cm3，比表面積384m2/kg，抗壓強(qiáng)度三天29.1MPa，28 天58.3 MPa。

(2)骨料

細(xì)集料采用贛江天然砂，細(xì)度模數(shù)2.6，Ⅱ區(qū)中砂，表觀密度2610 kg/m3，堆積密度1520 kg/m3，含泥量0.2%，泥塊含量0.1%;粗集料采用高安產(chǎn)反擊破碎石，5 -25mm 連續(xù)級(jí)配，針片狀含量3.0%，壓碎值5.7%，表觀密度2710 kg/m3，堆積密度1560 kg/m3，含泥量0.2%。

(3)摻合料

主要為粉煤灰、礦渣粉、石灰石粉，其中粉煤灰為來(lái)自九江電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰，細(xì)度12.1%，需水量比為98%，燒失量3.15%;礦渣粉采用高安南方建材有限公司生產(chǎn)的S95 級(jí)礦粉，密度2.90 g/cm3，比表面積420 m3/kg，28 天活性指數(shù)102%，流動(dòng)度比103%，燒失量1.13%;石灰石粉為行星式球磨機(jī)自磨小樣，碳酸鈣含量87%，比表面積535m2/kg，7 天活性指數(shù)72%，28 天活性指數(shù)68%。

(4)外加劑

減水劑采用江西省迪特科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，固含量20%，摻量為膠凝材料總量的0.9%時(shí)減水率為27%。

2.2 試驗(yàn)方法

根據(jù)JGJ 55 設(shè)計(jì)出C60 基準(zhǔn)配合比A1;將石灰石粉等量替代粉煤灰，控制拌合用水量，使對(duì)比配合比A2 拌合物坍落度與基準(zhǔn)配合比A1 基本一致，得出對(duì)比配合比A2，并檢測(cè)其拌合物性能與力學(xué)性能，配合比用量見(jiàn)表1。

表1 配合比用量

2.3 試驗(yàn)依據(jù)

混凝土配合比設(shè)計(jì)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《JGJ 55 -2011 普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》;混凝土拌合物工作性依據(jù)《GBT 50080 -2002 普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和《JGJ/T 283 -2012 自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》;混凝土力學(xué)性能依據(jù)《GB/T 50081 一2002普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

3 結(jié)果與分析

3.1 混凝土工作性能分析

混凝土拌合物性能試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 混凝土工作性能

由表2 可知，基準(zhǔn)配合比A1 與對(duì)比配合比A2的拌合物均不離析、泌水，但A1 拌合物過(guò)于黏稠，擴(kuò)展度雖然達(dá)到590* 585mm，但流速過(guò)慢，擴(kuò)展時(shí)間(T500)達(dá)到28s，倒坍落度桶排空時(shí)間達(dá)到33s，從應(yīng)用性來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)失敗的配合比，流速過(guò)慢，較低的水膠比導(dǎo)致的黏稠漿體非常不利于泵送施工;A2配合比由于摻入了磨細(xì)石灰石粉替代了粉煤灰，石灰石粉的填充效應(yīng)降低了拌合物的需水量，由A1 的161kg/m3降低至A2 的150 kg/m3，此時(shí)A2 與基準(zhǔn)配合比的坍落度基本一致，但流動(dòng)性有所提高，漿體黏稠的問(wèn)題得到了極大改善，擴(kuò)展時(shí)間(T500)只需要7s，倒坍落度桶排空時(shí)間只需要10s。這與宋少民等人［2］試驗(yàn)結(jié)果是相吻合的。

石灰石粉的顆粒表面較光滑，對(duì)水及外加劑的吸附性很小，等量替代水泥時(shí)，有一定的減水作用，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知，A2 配合比相對(duì)于基準(zhǔn)配合比減少了11kg 的單方用水量，因?yàn)楸砻婀饣氖沂垲w粒分散在水泥顆粒周?chē)?，起到分散的作用，促使水泥顆粒的解絮，且顆粒呈球狀，表面光滑，在水泥顆粒間亦可以發(fā)揮“滾珠”作用，增加混凝土拌合物的流動(dòng)性，達(dá)到“降黏”的效果。

3.2 力學(xué)性能分析

混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 抗壓強(qiáng)度

由表3 可知，對(duì)比配合比A2 的7 天、28 天抗壓強(qiáng)度均略高于基準(zhǔn)配合比A1。研究表明:一般來(lái)說(shuō)顆粒越大，為獲得足夠流動(dòng)性所需的水膜厚度越大;顆粒分布越窄，在RRSB 坐標(biāo)曲線上的均勻系數(shù)n 值越大所需水膜厚度也就越大。因此，優(yōu)化混凝土中膠凝材料的整體顆粒分布，實(shí)現(xiàn)最佳堆積密度可以有效減少顆粒之間的三角空隙，降低所需的水膜厚度，以達(dá)到降低用水量，增加漿體流動(dòng)性，提高混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度的目的。

在摻加了磨細(xì)石灰石粉的混凝土中，比表面積大于水泥和礦粉的磨細(xì)石灰石粉恰好能填充水泥與礦粉混合物中間的空隙，優(yōu)化了整體的顆粒分布，石灰石粉的引入對(duì)力學(xué)性能的貢獻(xiàn)有四點(diǎn):一是填充作用，由于磨細(xì)石灰石粉細(xì)度遠(yuǎn)小于水泥、礦粉，水化反應(yīng)后水化產(chǎn)物均勻的分布將漿體中的大量開(kāi)放孔洞分隔為較多的非連續(xù)性的封閉孔，使得漿體孔隙逐漸細(xì)化，漿體結(jié)構(gòu)逐漸密實(shí)［3］;二是水化晶核作用，從C3S 分解出的游離Ca2+在遇到小的固體顆粒時(shí)，沿著固體表面生成新的水化產(chǎn)物，降低了成核能，加速了水泥水化，從而提高強(qiáng)度;三是通過(guò)減少集料邊緣區(qū)的空隙含量，降低所需的水膜厚度帶來(lái)的減水效果使得石灰石粉混凝土達(dá)到同樣的流動(dòng)性能的需水量更少，從而降低水膠比，以提高強(qiáng)度。

4 結(jié)語(yǔ)

磨細(xì)石灰石粉材料來(lái)源廣泛充沛、工藝簡(jiǎn)單，易磨性佳，特別是應(yīng)用于高強(qiáng)混凝土中可以有效的解決當(dāng)前高強(qiáng)混凝土應(yīng)用中黏性過(guò)大，難以施工的問(wèn)題，用于配制高強(qiáng)度大流態(tài)混凝土，有著巨大的應(yīng)用空間和市場(chǎng)前景。

［1］蔡基偉.石粉對(duì)機(jī)制砂混凝土性能的影響及機(jī)理研究［D］.武漢.武漢理工大學(xué)，2006∶20 -23.

［2］宋少民，楊柳，徐國(guó)強(qiáng).不同比例石灰石粉與膠凝材料對(duì)混凝土工作性及強(qiáng)度的影響［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2010，43［S1］:368-372.

［3］M.Bederina，M.M.KHenfer，R.M.Dheilly，et al，Reuse of local sand:effect of limestone filler proportion on the theological and mechanical properties of different sand concretes［J］.Cem.Concr.Res，2005，35(6):1172 -1179.