石灰石粉作为混凝土矿物掺和料的研究.pdf

文章编号：1 0 0 7 0 4 6 X ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 2 9 - 0 4 固废 利用 石灰石粉作为混凝土矿物掺和料的研究 S u mma r y o f L i me S t o n e P o wd e r a s Co n c r e t e Mi n e r a l A d mi x t u r e 吴艳青 ，张云飞2 ( 1 山东华森混凝土有限公司，山东济南；2 安徽中铁工程材料科技有限公司，安徽合肥) 摘要：对石灰石粉作为混凝土矿物掺合料进行概述。论述 了石灰石粉的应用现状和基本特性 ，讨论了其对混凝土 工作性能、力学性能、耐久性能和体积稳定性的影响，以及石灰石粉改善混凝土性能的机理分析。这为石灰 石粉在混凝土中的应用提供一定的理论支持。 关键词 ：石灰石粉 ；矿物掺合料 ；应用现状；基本特性 中图 分 类 号 ：T Q1 7 7 2 + 9 文 献 标 志 码 ：A 0 前 言 随着机制砂在混凝土和砂浆中的广泛应用，在使用 石灰石或废弃石屑生产机制砂时，将产生大量的石灰石 粉 ( 7 5 m ) ，占机制砂总量的 1 2 3 0 ，远远超出标 准 J G J 5 2 2 0 0 6 普通混凝土用砂石质量及检验方法标 准 中规定的机制砂 2 1 0 的石灰石粉含量限值，“ 过 多”的石灰石粉要通过水洗去除或选粉收集，从而将会 产生一定数量的石灰石粉废料。通过选粉收集的石灰石 粉，其数量可达机制砂总量的 5 2 0 。这些石灰石粉 如何处理，是目前机制砂厂面临的一个重大问题。为使 石灰石粉资源化利用，国内外加大了机制砂中石灰石粉 含量的限制，利用石灰石粉作细集料或混合材或矿物掺 合料 。 l 石灰石粉的基本特性 1 1 石灰石粉的化学成分和矿物成分 石灰石粉的化学成分见表 1 。从表 1 中可知：石灰石 粉的主要化学成分为 C a C O ，主要矿物是方解石，还含有 少量的白云石和 d 一石英。 表 1 石灰石粉的主要化学成分 S i 0 2 C a O AI2 O a F e 2 0 3 Mg O S 0 3 烧失量 其他 1 5 4 5 4 5 2 1 7 6 0】 0 0 6 8 O 】 5 4 O 7 6 04 9 1 2 石灰石粉的比表面积 未经处理的石灰石粉I0 0 7 5 m m 的颗粒较多，一般 在 2 5 以上。然而石灰石粉易于粉磨，通常会进行二次 加工，通过球磨机粉磨的石灰石粉细度能达到水泥细度， 比表面积为 3 5 0 k g m 3 左右，此时石灰石粉粒径 0 0 4 5 m m的微颗粒会明显高于水泥。 1 3 石灰石粉的形貌 ， 粉煤灰颗粒以规则球形颗粒为主，颗粒外表致密、 圆滑。石灰石粉外貌接近于水泥颗粒形貌，颗粒形貌不 规则、多棱角。 1 4 石灰石粉的活性 石灰石粉具有一定的活性， 但活性较低， 低于粉煤灰。 1 5 石灰石粉对减水剂的吸附性 通过试验研究，机制砂的 M B值与砂中泥粉含量成 线性正比关系，与石灰石粉含量关系不大。因此，石灰 石粉对减水剂的吸附量很小。 2 石灰石粉对混凝土性能的影响 2 1 石灰石粉对混凝土工作性能的影响 由于石灰石粉对混凝土工作性能的改善，被广泛应 4 2 0 1 5 粉煤灰 2 9 用于自密实混凝土中，并被纳入到自密实混凝土的相关 规范中。石灰石粉加入到混凝土中，混凝土坍落度随之 增加，坍落度经时损失随之减少，混凝土黏度增加，混 凝土泌水率减少以及混凝土含气量略有减少。石灰石粉 的掺入增加混凝土坍落度和减少坍落度损失的原因为石 灰石粉颗粒在胶凝体系中起到分散和稀释作用，促使水 泥颗粒的解絮，同时部分水泥被替代，浆体体系中水泥 的用量降低，整个胶凝体系用水量减少。中国水电科学 院陈改新在国家三科一新的研究支持下， 研究了水泥、 粉煤灰和石灰石粉三元复合胶凝材料。陈改新等人 - 2 l 认 为水泥、粉煤灰和石灰石粉三者颗粒之间可以发生一种 “ 填充效应” ，颗粒问的空隙减小，使空隙水减少，自由 水增加，则浆体的流变性增大。 2 2 石灰石粉对混凝土力学性能的影响 在同等条件下，用机制砂配制的混凝土比河砂配制 出的混凝土强度略高。李拖福等人 _3 认为，机制砂提高 混凝土的强度是由于石灰石粉填充了混凝土中的孔隙， 且 7 5 m 以下的石灰石粉可以与水泥熟料反应生成水化 碳铝酸钙。安文汉等人 I J 认为， 机制砂增强混凝土的主 要原因是由于石灰石粉的存在可以较明显改善混凝土的 孔隙特征，改善浆 一集料界面结构，并且混凝土晶相有 不同程度的改变。并认为就强度而言石灰石粉的最佳含 量为 5 。曹双梅等人 5 _ 的研究认为：石灰石粉对水泥水 化具有增强作用， 认为石灰石粉在水泥水化反应中起晶 核作用，诱导水泥的水化产物析晶，加速水泥水化并参 加水泥的水化反应，生成水化碳铝酸钙，并阻止钙矾石 向单硫型水化硫铝酸钙转化。 李兴贵6 1 认为： 当“ 石灰石粉” f 它指 1 2 时，干缩率显著增大，且高石灰石粉含量机制 砂混凝土早期干缩 常规机制砂混凝土。认 为主要是 由 于 7 5 m 的石灰石粉颗粒在混凝土拌和物中起到增加 水泥浆含量的作用， 单位体积水泥浆多， 导致干缩率增大。 用石灰石粉部分取代机制砂 ( 0 2 0 ) 进行混凝土干缩 试验，发现干缩率随石灰石粉含量增加完全呈递增趋势。 机制砂石灰石粉含量在 1 0 以下时 ，干缩随石灰石粉含 量的增加而增加，石灰石粉含量超过 1 0 时，干缩应变 减小。这与抗压强度有关，强度越高，干缩率就越大。 3 石灰石粉改善混凝土性能的机理 3 1 微集料效应 混凝土可视为连续级配的颗粒堆积体系，小颗粒填 充大颗粒间的空隙。水泥作为单一胶凝材料构成 的混凝 土中只有部分水泥能够通过水化反应生成硬化产物，大 量未水化的颗粒实际上只起到填充作用。由于水泥的粉 体粒度分布不合理，凝胶结构中存在大量 1 0 0 m以上的 孔隙，属于不密实堆积结构。混凝土中掺人石灰石粉后 可使粉体粒度得以优化，可以填充水泥颗粒之间的空隙， 改善 昆 凝土的孑 L 结构，使硬化? 昆 凝土形成密实填充结构 和细观层次的紧密堆积体系，从而有效地改善混凝土的 物理力学性能和耐久性能 1 5 - 1 6 1 。 3 2 微晶核效应 石灰石粉颗粒分散在混凝土中，为水泥水化体系起到 微晶核的作用，加速水泥水化反应的进程并为水化产物 提供充裕的空间，改善水化产物分布的均匀性，使水泥 石结构更为致密 。 。 3 3 相对体积质量效应 掺和料加入混凝土中一般采用等量取代法，即以相 同的质量掺和料取代水泥。对于质量小的掺和料等质量 取代水泥时，可以获得更多的胶凝材料浆体体积，从而 提高混凝土拌合物的流动性 l 1 8 J 。 3 4 分散效应 超细石灰石粉混合在混凝土中，使水泥颗粒更加分 散，颗粒间距离增 大，混凝土流动性增加。同时，细小 的掺和料颗粒对水泥水化过程中形成的絮凝结构有着解 絮作用，可有效减少混凝土坍落度损失 】 。 3 5 早强效应 由于石灰石粉 的主要化学成分为碳酸钙，其微细碳 酸钙的加入还可以加速硅酸三钙的水化，提高混凝土的 早期强度 【 2 0 l 。 4 结论 ( 1 ) 石灰石粉作为混凝土矿物掺和料是可行的。在 实际应用中：要充分考虑工程结构所处环境以及添加石 灰石粉的目的和出发点，力争充分发挥石灰石粉的功能 性和经济性。 ( 2 ) 石灰石粉能提高混凝土的工作性能，能够提高 混凝土的早期强度。 ( 3 ) 石灰石粉对混凝土耐久性有降低的原因，但是 4 2 0 1 5 粉煤灰 3 1 采用石灰石粉与其他矿物掺和料复掺能够提高混凝土抗 氯离子渗透性与抗硫酸盐侵蚀性能。 ( 4 )石灰石粉工程应用时，应采取与其他矿物掺和 料复掺的技术途径，以充分发挥不同矿物掺和料的协同 效应。 参考文献 1 】陈改新， 孔祥芝 石7 火 石粉一一种新的碾压混凝土掺和料 中国水 利， 2 0 0 7 ( 2 1 1 ： 1 6 1 8 2 熊远柱， 万慧文 石灰石粉对混凝土性能的影 响 J 1 l 混凝 ： ， 2 0 1 0 ( 9 ) ： 8 9 91 3 李拖福， 严亚光 石眉在混凝土 中的应用 J 1 l 山西建筑， 1 9 8 9( 2 ) ： 4 5 4 6 【 4 】 安文汉 石屑混凝土强度及微观结构试验研究 J 1 l 山西建筑， 1 9 8 9 ( 2 ) ： 1 9 - 2 6 5 许双梅， 李建华 石灰石粉取代部分水泥在混凝土中的试验研究 J 】 l 混凝士与水泥制品， 2 0 l 3 ( 4 ) ： 8 4 8 6 6 李兴贵 高石粉含虢人工砂住混凝土中的应用研究 J l 建筑材料学 报， 2 0 0 4 ( 1 ) ： 1 2 1 8 7 T O R R E S S M， S H AR P J H ， S WAR MY R N ， e t a 1 L o n g t e r m d u r a b i l i t y o f Po r t l a n d l i me s t o n e c e me n t mo r t a r s e x p o s e d t o ma g n e s i u m s u l f a t e a t t a c k J C e me n t & C o mp o s i t e s 2 0 0 3 ( 2 5 ) ： 9 4 7 - 9 5 4 8 V OG L I S N ， KA KA L I G ， C HA N I OT A KI S E ， e t a l P o r t l a n d l i me s t o n e c e me n t s Th e i r p r o p e r t i e s a nd h r a t i o n c o mp a r e d t o t h o s e o f o t h e r c o mp o s i t e c e me n t s【 J Ce me n t a n d C o n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 0 5 ， f 2 7 1 ： 1 9 1 1 9 6 9 杨德斌， 徐家保 石灰石石屑在混凝土及建筑砂浆中的应用 混凝 土 1 9 9 l r 2 ) ： 5 2 5 6 1 0 HR I O S HI U Re s e a r c h o n e f f e c t o f l i me s t o n e a n d g y p s u m o n C3 A， C3 S a n d P C c l i n k e r s y s t e m J 1 C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s 2 0 0 7 ， 2 2 ( 8 ) ： 1 6 3 4 1 6 4 2 1 1 】 B E E L D E NS A， MONT E NY J ， VI N CK E E R e s i s t a n c e t o b i o g e n i c s u l p h u r i c a c i d c o r r o s i o n o f p o l y me r mo d i fi e d mo r t a r J l C e me n t Co n c r e t e C o mo s i s t e s ， 2 0 0 】 ， 1 2 ( 2 3 ) ： 4 7 5 6 1 2 张映全 在混凝土中掺石屑提高抗渗抗冻性能的方法【 J 1 l 建筑技术， 1 9 95 f 1 O 1 ： 1 6 - 1 7 1 3 杨华 山， 方坤河， 途胜金， 等 石灰石粉在水泥基材料中的作用及其 机理【 J 】 l 混凝土， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 3 2 3 4 1 4 高小建， 马保国， 朱洪波 含石灰石粉水泥砂浆在低温环境中的硫酸 盐侵蚀 J 材料研究学报， 2 0 0 5( 1 2 ) ： 6 4 4 6 5 0 1 5 王政， 高小建， 马保国 掺石灰石粉水泥胶砂低温硫酸盐侵蚀破坏与 机理 J l 沈阳建筑大学学报： 自然科学版， 2 0 0 8 ( 1 ) ： 9 5 9 9 1 6 金琼， 王瑛， 李昆， 等 利用矿渣及石粉配制碾压混凝土在戈兰滩工 程的应用研究 J 】 水利水 电工程设计， 2 0 0 9 ， 2 8 ( 2 ) ： 4 0 4 5 1 7 郭育霞， 贡金鑫， 李晶 石粉掺肇 对混凝土力学性能及耐久性的影响 建筑材料学报， 2 0 0 9 ， 1 2 ( 3 ) ： 2 6 6 2 7 1 1 8 陈剑雄， 李鸿芳， 陈寒斌， 等 掺超细石灰石粉和钛矿渣粉超高强混 凝土研究 建筑材料学报， 2 0 0 5 ， 8 ( 6 ) ： 6 7 2 6 7 5 1 9 】 熊远柱， 万慧文 石灰石粉对混凝士性能的影响 J 1 混凝士， 2 O 1 O f 9 1 ： 8 9 91 【 2 O 】 饶美娟， 刘数华， 方坤河 石灰石粉在水工混凝土中的应用研究综 述 J J 1 人民长江， 2 0 0 9 ， 4 0 ( 2 0 ) ： 4 1 4 3 作者简介：吴艳青( 1 9 8 5 一 ) ，男，山东枣庄人，助理工程师 ，主要从事 混凝士技术和生产方面的工作。通信地址：山东省济南市高新区凤山路： 山东华森混凝： t 有限公司。 收稿日期： 2 0 1 4年 9月 2 3日 (上接 第2 8 页) 锂渣高性能混凝土的劈裂抗拉与对应龄期时的抗 压强度比值在 1 1 6 1 1 1之间，对于锂渣高性能混 凝土的劈裂抗拉与抗压强度之间的关系，建议采用公 式 = 0 1 9 ( f ) 。 ”。 参考文献 【 1 张燕坤，张秀满，周小二 混合骨料混凝土劈裂抗挂性能试验研究 J 北方工业人学学报 ，2 0 1 1( 9 )：6 8 7 2 3 2 CoAL AsH 4 2 01 5 2 】西德尼 明德斯， J 弗朗西斯 扬， 维达尔文 混凝 M 北京：化 学工业出版社， 2 0 0 5 3 张兰芳 锂渣混凝土的试验研究【 J j ， 混凝士 ， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 4 4 4 6 ， 作者简介：郭江华 ( 1 9 8 8 一 )，男 ，新疆伊犁人，研究生，主要从事水 利水电工程专业的科研工作 ；E - ma i l ： 6 7 3 4 9 7 4 0 9 q q e o m。 侍克斌 ( 1 9 5 7 一) ，男 ，新辐石河子人，教授，博士生导师 。 收稿日期： 2 0 1 5年 3月 1 6日