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石灰石粉在混凝土中应用的研究

发表时间：2021/6/10 来源：《城市建设》2021年5月作者：陆巧妹

[导读] 近些年来，随着我国工程建设规模的不断扩大，施工现场对于施工原料的需求量明显增多。然而，传统粉煤灰等矿物掺合料短缺问题明显，已经难以满足施工现场使用需求。针对于此，施工单位方面需要寻求一种易获取、经济性高的辅助胶凝材料进行安全应用。

广西南宁大都混凝土集团有限公司身份证号码：4521261990061****5 陆巧妹

摘要：近些年来，随着我国工程建设规模的不断扩大，施工现场对于施工原料的需求量明显增多。然而，传统粉煤灰等矿物掺合料短缺问题明显，已经难以满足施工现场使用需求。针对于此，施工单位方面需要寻求一种易获取、经济性高的辅助胶凝材料进行安全应用。结合当前用情况来看，以石灰石粉为首的新型辅助胶凝材料已经在施工现场中得到了广泛应用与推广，尤其是在混凝土施工作业当中。对此，本文主要对石灰石粉在混凝土中的应用研究问题进行分析。
关键词：石灰石粉；混凝土；应用；研究
        引言：石灰石粉作为新型辅助胶凝材料的表现形式，不仅具备价格低廉且经济性良好的优势特点，同时也具备节能环保、使用安全的优势特点。结合当前应用情况来看，施工现场通过合理运用石灰石粉基本上可以达到有效缓解原材料紧缺问题的目的，利于提高施工现场作业进度与效率。最重要的是，与以往相对昂贵的硅粉或者矿渣等材料相较而言，石灰石粉的推广与应用可减少工程造价费用问题的同时，减少环境污染问题。不难看出，对于施工现场混凝土施工而言，通过合理运用石灰石粉等新型辅助胶凝材料，基本上可以达到良好的施工效果，值得推广与应用。
        1、石灰石粉的基本特性
        所谓的石灰石粉主要是指经机械加工后且小于0.16mm的石灰岩微细粒。结合当前应情况来看，施工现场在骨料类型的选择方面主要以石灰岩与花岗岩为主。与花岗岩相较而言，石灰岩整体强度偏低，在其他性能方面与花岗岩基本无异。石灰岩所具备的强度偏低特点可易于施工人员对其进行磨细加工，并以石灰石粉形式进行安全应用。从理化性质上来看，石灰石粉主要成分为碳酸钙，需水量比约为92%，在减水作用方面表现良好[1]。
        2、石灰石粉在复合胶凝材料体系中的作用机理
        2.1填充效应
        结合以往的应用经验来看，石灰石粉具有一定的填充效应。主要集中表现在石灰石粉我对水泥浆基体或者界面过渡区的孔隙起到一定的填充作用效果，促使浆体变得更加密实。与此同时，石灰石粉所具备的填充效应可适当减小孔隙率，利于改善孔结构。适量加入石灰石粉之后，因石灰石粉整体粒径表现较小，能够有效与其他矿物掺合料形成良好的级配关系，达到预期的填充效果。根据大量试验表明，石灰石粉在一定程度上可以对砂浆以及混凝土孔结构起到一定的促进改善作用。且随着石灰石粉加入量的不断增加，其对砂浆孔隙所起到的细化作用问题也比较明显。举例而言，超过200nm的孔结构大量减少，取而代之的是50nm与20nm以下的孔结构数量增加。
        2.2活性效应
        在水化早期阶段，石灰石粉基本上不会参与任何水化反应。也就是说明在早期阶段，并无新的水化产物生成。而随着水化反应的不断开展，以水化碳铝酸盐为首的物质逐渐生成。不难看出，石灰石粉与水化后期之间存在一定的互动关系，并具备较强的水化活性。除此之外，水化碳铝酸盐也可以与其他水化产物进行协调搭接，目的在于进一步加强水泥石结构的密实性与稳定性。这样一来，混凝土整体强度以及耐久性也会随之增加[2]。
        2.3加速效应
        一般来说，加入适量的石灰石粉可促使混凝土硬化速率增快。究其原因，主要是因为适量的石灰石粉在一定程度上可以有效降低成核位垒（石灰石粉可充当C-H-S成核基体功能），利于增强混凝土的密实性程度。最重要的是，对于施工现场而言，无论使用何种类型水泥，掺入适量石灰石粉均可以明显加速其水化反应速率。此外，石灰石粉细度越大在一定程度上可以增长其早期抗压强度。

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        3、石灰石粉对混凝土性能的影响
        3.1对混凝土工作性能的影响
        为研究石灰石粉对混凝土工作性能的主要影响，相关研究人员利用比表面积为130000cm2/g的石灰石粉等质量代替利用水泥为原材料所配置的高性能混凝土。结合试验情况来看，当取代水泥的质量从5%提高至30%时，混凝土初始塌落度比原本不添加石灰石粉的混凝土明显提高，根据相关试验数据显示，提高至少为23%~38%。由此不难看出，不掺入石灰石粉的混凝土拌合物在坍落度方面存在一定损失。
        根据试验时间来看，在60min左右混凝土坍落度损失可达到25%及以上。而掺入一定量的石灰石粉之后，混凝土拌合物坍落度损失明显减小。再加上石灰石粉在形态效应以及填充效应方面表现突出，可以有效减少拌合物用水量问题。因此，在配制高强高性能混凝土过程中，施工人员通过掺入适量的超细石灰石粉不仅可以保障混凝土塌落度性能，同时还可以增强新拌混凝土性能优势[3]。
        3.2对混凝土强度的影响
        业内研究人员多数认为石粉对水泥水化起到一定的促进性影响，如可增强水泥水化产物析晶效率等。当混凝土掺入适量石灰石粉之后，粉体粒度分布明显优化。与此同时，当混凝土使用高效减水剂之后，搅拌过程中水泥、矿物掺合料以及石粉颗粒会存在明显的效应影响，如紧密堆积效应。且随着混合体系堆积密实度的不断增加，整体需水量也随之下降，且可填充空隙明显减少。
        也就是说，在保障混凝土流变性能始终稳定的状态下，掺入适量的石灰石粉不仅可以有效减少混凝土需水量，同时可以有效改善混凝土孔结构硬化后的性能。这样一来，混凝土内部结构在紧密程度以及耐久使用性能方面进一步增强，利于促进混凝土结构强度的增加。
        3.3对混凝土干缩的影响
        研究人员针对石灰石粉在水泥混凝土的应用问题进行了大量实践研究。结合实践研究情况来看，部分研究人员对石灰石粉掺量对混凝土收缩性能的影响进行了试验分析。其中，研究人员在石灰石粉掺量的控制方面，分别设置为10%、20%以及30%。根据试验结果来看，当基准混凝土收缩率达到最高时，石灰石粉在一定程度上可以有效减少混凝土收缩反应。与此同时，随着掺量的不断增加，其所呈现出的降低效果越来越明显。
        举例而言，当石灰石粉掺量控制为30%时，经过一段时间（28d）的混凝土收缩率明显比基准混凝土降低，约降低40%左右。究其原因，主要是因为石灰石粉中的碳酸钙物质与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，并在反应之后生成具有膨胀性特点的水化碳铝酸钙。另外，石灰石粉表面光滑且耗水量较少，因此在低水胶比的条件下，可有效增加水与水泥的比例。这样一来，可进一步减少混凝土因干燥作用而产生收缩效应的问题[4]。
        3.4对混凝土耐久性的影响
        结合以往的应用研究情况来看，石灰石粉所具备的填充效应、活性效应以及加速效率均可以促使混凝土孔隙问题减少。其中，在填充效应方面石灰可对水泥浆基体以及界面过渡区孔隙进行填充处理，保障浆体变得更加紧密；在活性效应方面，石灰石粉能够与其他水化产物进行协调应用，保障水泥石结构安全紧密；在加速效应方面，石灰石粉可以充当成核基体作用，利于促进水化反应速率。无论是在上述哪一种效应的影响下，混凝土耐久性能以及密实程度均会增强。
        结论：总而言之，科学运用石灰石粉基本上可以为混凝土结构质量提供良好的保障。鉴于石灰石粉的重要性，建议现场施工人员可以在配制高强高性能混凝土中加入适量的石灰石粉，保障混凝土坍落度的同时提高新拌混凝土性能。除此之外，施工人员应该积极运用石灰石粉所具备的填充效应、活性效应以及加速效应，进一步增强混凝土结构密实度以及性能安全。
参考文献：
[1]沈乾洲. 石灰石粉作为掺合料在混凝土中的应用[J]. 重庆建筑，2021,20(04):32-35.
[2]李林香. 不同矿物掺和料对混凝土抗拉性能的影响[J]. 铁道建筑，2021,61(02):130-133+138.
[3]罗素蓉，王圳，王德辉. 掺石灰石粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能及改善机理[J]. 硅酸盐通报，2020,39(10):3175-3183.
[4]彭龙辉，崔燕青. 石灰石粉矿物掺合料水泥混凝土耐久性试验研究[J]. 公路交通科技（应用技术版）,2020,16(09):171-173.