磨细石灰石石粉在混凝土中应用的技术探讨.pdf

2 0 1 5年 第 8 期 ( 总 第 3 1 0 期) Nu m b e r 8 i n 2 0 1 5 ( T o ta l No 3 1 0 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 预拌混凝土 READY M ED CONCRE TE d o i ： 1 0 3 9 6 9 6 i s s n 1 0 0 2 - 3 5 5 0 2 0 1 5 0 8 0 2 9 磨细石灰石石粉在混凝土中应用的技术探讨 余琴 ， 黄振兴 ， 曹养华 。刘臻一 ( 1 杭州市建设工程质量安全监督总站， 浙江 杭州 3 1 0 0 1 5 ； 2 杭州申华混凝土有限公司， 浙江 杭州 3 1 1 1 0 8 ) 摘要 ： 从石灰石粉的物理指标、 化学指标 ； 以及 同等级、 同胶材用量 、 同水胶比、 其他材料军相同的条件下掺加不 同量磨细石灰 石粉， 分别取代同等重量粉煤灰或矿粉后混凝土的状态 、 强度的发展情况， 来探讨石粉在混凝土中应用的可能性 、 应用的途径 ， 以 及矿粉中掺人石粉作假的危害性。 关键词 ： 石灰石石粉； 物理指标 ； 化学指标 ； 混凝土工作性； 混凝土强度 中图分类号 ： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 5 ) 0 8 0 1 0 8 04 Di s c u s s i o n o n t h e a p p l i c a t i o n o f p u l v e r i z e d l i me s t o n e p o wd e r i n c on c r e t e t e c hn ol o g y YU ， HU ANGZ h e n x i n g ， C AO Ya n g h u a。 ， LI UZ h e n y i ( 1 Ha n g z h o u C i t y C o n s t r u c ti o n E n g i n e e ri n g Qu a l i t y a n d S a f e t y S u p e r v i s i o n S t a ti o n ， Ha n g z h o u 3 1 0 0 1 5， C h i n a ； 2 Ha n g z h o u S h e n h u a C o n c r e t e C o ， L t d ， Ha n g z h o u 3 1 1 1 0 8 ， Ch i n a ) Abs t r a c t： I t fro m t h e p hy s i c a l i n d e x e s o f l i me s t o ne p owd e r ， c h e mi c a l i n d e x An d the s a me g r a d e， t h e s a me c e me n t a mo u n t ， the s a me wa t e r c e me n t r a t i o， o the r ma t e ria l s i n th e s a me c on d i t i on s b y a d d i n g d i f f e r e n t a mo un t s o f l i me s t o n e p owd e r ， r e s p e c t i v e ly， t o r e pl a c e t h e d e v e l o pme n t s i t ua t i o n o f the s a me we i g ht o f fl y a s h o r s l a g c o n c r e t e， t h e s t r e n g th o f t h e s t a t e To e x p l o r e the p os s i b i l i t y o f a p p l i c a t i o n wa y a pp l i c a t i o n o f t h e p o wd e r i n c o n c r e t e An d the h a r mf u l n e s s o f the po wd e r mi x e d i n t o p owd e r fra u d Ke y wo r d s： l i me s t o n e p o wd e r ； p h y s i c a l i n d i c a t o r s ； c h e mi c a l i n d e x； wo r k a b i l i t y o f c o n c ret e； the s t r e n g t h o f c o n c r e t e 0 引 言 石粉能否用于混凝土 ， 能否对 混凝土 的强度和耐久性 做出贡献 ， 目前不法商贩在矿粉中掺入石粉作假的危害到 底有多大。 随着我 国基础设施建设 的规模越来 越大 ， 粉 煤 灰 、 矿粉等活性掺合料供应 日益紧张 ， 作为 资源非常丰富 、 容易获取 、 质优价廉 的磨细石灰 石粉 ， 能否作为新 型矿 物 掺合料应用于混凝 土 ， 来替代 部分粉 煤灰和矿粉。 这些问 题一直困扰着混凝土界 的工程技术人员 ， 因此 ， 研究 和探 讨石粉在混凝土中的应用有非常重要 的意义 。 目前石粉能 否用于混凝土 ， 在混凝土 界的技 术人员 、 尤其在专 家中争 议也非常大 ， 有 的专家对石 粉用于 混凝 土 中持 有肯定 态 度 ， 并在编制石粉在混凝 土 中应用 的技术规程 ； 有 的知名 专家坚决反对， 甚至义愤填膺的说道： “ 目前为止还没有哪 个混凝土公 司的技术 人员 敢在混凝土 中用石粉 替代胶凝 材料 。 ” 因此 ， 从 理论上探讨石粉在混凝 土中的应用 ， 以及 通过试验来 验证石粉能否用于混凝土。 如果能用 ， 怎样来 准确、 合理的使用 。 是非常必要的。 1 石 粉 的物 理 指 标 试验用石粉为浙江长兴县 ， 长兴华星钙业有 限公 司生 产的石灰石粉。 石粉 的物理指标均按粉煤灰的检测规范检 测 ， 数据见表 1 。 从测得石 粉的细度2 5 5 看 ， 通过球磨 磨细 的石粉 ， 表 1 石灰石石粉物理指标 颗粒大小已经与 I I 级粉煤灰相 当， 磨细石粉 的颗粒形态 与 天然石子相同都是致密结 构 ， 没有疏松 的孔 隙结构 ， 不会吸附多余的水， 反而有一定的物理减水作用。 这与传 统观念认为混凝土 中掺加石粉会增加用水量 ， 会吸附外 加 剂的观点是不一致 的， 传统 的、 固有 的对 石粉会增加用 水 量 ， 会吸附外加剂 的观点是错 的； 这在需水量仅 仅 9 9 得 收稿 日期： 2 0 1 4 1 1 0 5 1 08 到了验证。 从胶砂流动度 比 9 9 看 ， 石粉的掺加对混凝土流动性 没有什么影 响。 从 7 d活性指数 、 2 8 d 活性指数看 ， 2 8 d 活性为 6 5 左 右 ( 石粉活性试 验参 照粉煤灰试验标准 ， 石粉 取代 了3 0 水泥做胶砂强度试 验) ， 而且 7 d与 2 8 d之 间的增长 幅度 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 很小 ； 说明石粉 活性 比较低 ( 粉煤 灰 2 8 d活性在 8 0 以 上 ， 矿粉 2 8 d活性 在 9 5 以上 ) ， 而且对后 期强度 贡献不 大 ， 这从石粉 的化学成分是碳酸钙一 种惰性 材料 ( 石 粉 中碳酸钙含量数据 由厂家提供 ) 上得到 了相互 印证 ； 由 此可以推断石粉仅仅能作为混凝土 中的填充料 ， 对混凝土 强度贡献很小 ， 而且这些活性仅仅是 由磨细石灰石粉的集 料填充效应 ( 物理作用 ) 产生的； 所 以石灰石粉只能在混凝 土 中活性胶材用量低造成 混凝土和 易性 、 流动性差 时 ， 把 石粉掺加到混凝土 中改善 混凝土工作性 ( 增加和易性 、 流 动性 ) 。 2石粉对混凝 土强度 的影 响 2 1 石灰石石粉 对混凝土强度的影响 石灰石石粉是 由天然石灰石通过球磨机磨 细而成 的， 它的主要化学成分是碳 酸钙 ( 石粉中碳酸钙含量 9 8 ) ， 碳 酸钙是一种惰性材 料 ， 从理论上推 断它没有任何 活性 ， 不 会参与水化 ， 对混凝土的强度发展没有任何 贡献 。 2 2矿粉 的混凝 土强度 的影响 矿粉化学成分见表 2 。 活性指数 ： 7 d为 7 5 ； 2 8 d为 1 01 。 表 2矿粉成分 二氧化硅 三氧化二铝 氧化钙 三氧化二铁 氧化镁L o s s 3 3 5 】 5 9 3 8 O 4 7 9 6 0 矿粉是 由炼铁过程 中产生 的水渣磨细而成 ， 它 的主要 成分是氧化 钙 、 二氧 化硅 、 三氧 化二铝 ， 从矿 粉化 学成 分 看 ， 9 0 的成分都有活性 ， 与水泥成分类似 ， 但矿粉本 身活 性很低， 自身的氧化钙在水环境中水解后形成氢氧化钙， 而氢氧化钙不是对强度有贡献 的胶凝材料 ， 而是混凝土 中 的有害物质 ； 但是 它却 能与二氧化硅 、 三氧化二铝产 生水 化 ， 反应生成对强度发展有用的硅酸盐凝胶和铝酸三钙凝 胶 。 富裕的二氧化硅 、 三氧化二铝还能通过二次水化 消耗 掉水泥水化产生的有害物质氢氧化钙和原材料带入的碱 ， 反应生成对强度发展有用的硅酸盐凝胶和铝酸三钙凝胶。 这一系列的连串化学反应， 使得了矿粉中9 0 以上的成分 都转化成了与水泥水化后类似的成分， 这样也就使得矿粉 有了活性。 但这一系列化学反应 比较慢 ， 在水 中靠 自身水 化非常缓慢 ， 只有在碱环境 中靠碱激 发才能很好水化 ； 因 此它在混凝土中的水化比水泥慢 ， 必须等水泥水化后生成 了一种碱 氢氧化钙 、 以及 自身 的氧化钙水解 ( 混凝土 中 自由水很少 ， 因此水解很慢) 成氢氧化钙后 ， 它才能在氢 氧化钙的激发下 ， 与二氧化硅 、 三氧化二铝反应形硅 酸盐 、 铝酸盐凝胶 ， 这种水 化慢于水泥 的水化 ， 所 以混凝 土 中矿 粉 的水化被称为二次水化。 由于它 比水泥细 ， 能填充在水 泥颗粒形成的空隙中 ， 更重要的是它与氢氧化钙反应后形 成的硅酸盐凝胶体积比其自身体积大， 能够产生微膨胀效 应 ， 起到很好 的填充效应 ， 使混凝土更加致密 ， 从而提高混 凝土的强度 、 抗 渗性 能 、 耐久性能。 这从矿 粉 2 8 d活性 指 数 1 0 1 得到 了印证 ， 等量 取代水 泥的矿粉 2 8 d的强度与 水泥相 当， 甚 至超过水泥。 2 3 粉煤灰 对混凝 土强度 的影响 粉煤灰化学成分见 表 3 。 活性 指数 ： 7 d为 7 1 ； 2 8 d 为 8 1 。 表 3 粉煤灰化学成分 粉煤灰是发 电厂发电过程 中产生的烟尘 ， 是通 过静 电 除尘设备收集的， 也被称作原状灰 。 从化学成分看 ， 8 0 左 右的成分都有 活性 ， 但 是这 些成分 中数 量最 多 的活性成 分二氧化硅 不能直接水解 、 三氧化二铝水解又非常缓 慢 ， 能水解且水解 相对较快 的氧 化钙数量又很少 ； 并且它 的颗粒形态是玻 璃球状体 ， 颗粒 表面有一层致 密层 ； 只有 在碱环境下 ， 靠碱腐蚀其致密层 ， 破 壁后二 氧化硅 、 三氧化 二铝才能与水泥水化形成 的氢氧化钙充分水化。 由于有一 个破壁的过程 ， 本身的活性成分大部分又不能直接水化或 水化缓慢 ， 要等水 泥、 矿 粉水化完之后才 能与他们 的水化 产物氢氧化钙水化形成硅酸盐凝胶 ， 所 以它 比矿粉在混凝 土 中的水化还慢 ， 因此被称作 三次水化。 由于它比水泥 、 矿 粉细 ， 能填充在水泥 和矿粉颗粒形成 的空隙 中， 更重要 的 是它与氢氧化钙反应后 形成的铝酸盐 和硅酸盐凝胶体 积 比其 自身体积大 ， 也能够产生微膨胀效应 ， 起到很好的填充 效应 ， 使混凝土更加致密。 因此粉煤灰也是有活性 的， 对混凝 土的强度有贡献， 而且对后期强度的发展和耐久性非常有利， 这从粉煤灰 2 8 d活性指标能达到 8 0 左右得到了印证。 3试验 3 1 试验用原材料 水泥使用南方水泥厂生产的 P O 4 2 5级水泥 ， 矿粉 使用的是杭钢产的 $ 9 5级矿粉 ， 粉煤灰使用的是 江阴电厂 I I 级粉煤灰 ， 砂使用 的是赣江中砂 ( 细度 2 6 ) ， 石子使用 的 是 5 2 6 5 m i l l 连续粒级碎石 ， 外加剂选用的是天津雍阳产 的聚羧酸高效减水剂( 减水率 2 5 以上 ) ， 石粉选用 的是浙 江长兴县 、 长兴华星钙业有限公司生产 的石灰石 粉 ( 碳酸 钙含量 9 8 ) 。 3 2石粉取代粉煤灰 的试验 在混凝土配合 比( C 3 0 ) 不变 的情况下 ， 用不同数量的 石粉等量代替粉煤灰来试拌， 观察混凝土状态、 以及强度 发展情况。 试验用 C 3 0配合比见表 4 。 表 4 试验用 C 3 0配合比 k g 1 09 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 袭 5 石粉取代粉煤灰试验数据 图 1 石粉替代粉煤灰的数量与不同龄期混凝土强度的关系 从表 5和图 1中可 以清晰 的看出 ， 随着 石粉替代粉煤 灰数量的增大， 各龄期混凝土强度同步下降， 这就印证了 2 1中从石粉化学成分分析认为 ： “ 石粉 中主要成分是碳酸 钙一种惰性材料 ， 掺入混凝 土 中不会水化 ， 对混凝土 强度没有任何贡献 ” 的结论 。从混凝 土的状态看 ， 石粉在 7 0 以下的比率取代粉煤灰 时没有影响混凝土 的用水量 、 9 1 J l 剂用量 ， 也没有影响混凝土 的和易性 、 流动性和工作 性 ； 但是石粉完全取代粉煤灰后 ， 会影 响混凝土的和易性 、 流动性和工作性 ， 混凝土状态变差 。 因此 ， 可 以得出的结 论是 ： 石粉替代 粉煤灰会导致 混 凝土强度下降； 石粉替代粉煤灰的百分率在 7 0 以下时， 不影响混凝土状态， 完全取代粉煤灰时， 会影响混凝土状 态。 石粉替代粉煤灰导致 的混凝土强度下 降是有规律 的， 因此 ， 通过试验可以找 出石粉替代粉煤灰导致混凝土强度 下降的影响系 数 ， 来指导磨 细石 灰石粉 在混凝 土 中的应 用 。 3 3石 粉 取代 矿 粉 的试 验 在混凝土配合 比( C 3 5 ) 不变 的情况下 ， 用不 同数量 的 石粉等量代替矿粉来试拌， 观察混凝土状态、 以及强度发 展情况。 试验用 C 3 5配合比见表 6 。 表 6 试验用 C 3 5配合比 k g 水 水泥 矿粉 粉煤灰 中砂 石子 外加剂 1 75 2 6 0 】 0 5 6 0 7 O 6 1 05 9 5 5 表 7 石 粉取 代矿 粉试 验数 据 石粉取 代矿粉 量 k g 图 2 石粉替代矿粉的数量与不同龄期混凝土强度的关系 从表7和图2中也可以清晰的看出， 随着石粉替代矿 粉数量 的增大 ， 各龄期混凝 土强度同步下降 ， 这就再 一次 印证 了 2 1中从石粉化学成分分 析认 为 ： “ 石粉 中主要成 分是碳酸钙一种惰性材料 ， 掺 入混凝土 中不会水化 ， 对混凝 土强度 没有贡献” 的结论 。 从混凝 土 的状 态看 ， 石 粉在 7 0 以下的比率取代 矿粉时没有影响混凝 土的用水 1 1 0 量 、 外加剂用量 ， 也没有影响混凝土 的和易性 、 流动性 和工 作性 ； 但是石粉完全取代矿粉后 ， 会影响混凝土的和易性 、 流动性和工作性 ， 混凝土状态变差 。 因此 ， 可以得出的结论是 ， 石粉替代矿 粉会导致混凝 土强度下降； 石粉替代矿粉的百分率 在 7 0 以下时 ， 不影 响混凝土状态 ， 完全取代矿粉时 ， 会影响混凝土状态 。 石粉 替代矿粉导致的混凝土强度下降也是有规律的， 因此， 通 过试验也可以找出石粉替代矿粉导致混凝土强度下降的 影响系数 ， 来指导磨 细石灰石粉在混凝土中的应用。 4 矿粉中掺入石粉的影响 4 1 矿粉 中掺入石粉作假的危害 通过理论上的分析和试验 的验证可以清晰的看出 ， 混 凝土中掺入石粉代替活性掺合料后 ， 会随着石粉代替 活性 掺合料数量 的加大 ， 混凝土各龄期强度会 同步下降 ； 而石 粉无论在外观 、 形态与矿粉非常接 近 ， 肉眼难 以区分 ， 并且 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 掺量在 7 0 以下掺入混凝土后对混凝土的状态没有影响， 从混凝土状态上也无法及时发现。 这就给不法商贩在矿粉 中掺入石粉作假提供了可趁之机 ， 目前在 江浙一带非常猖 獗 ， 给混凝土质量带来 极大 的危 害； 因为他们在矿 粉 中掺 入磨细石灰石粉 是不定时 、 不定量 的 ， 我们无法及 时知道 进厂的矿粉被掺入了多少磨细石灰石粉， 也就无法根据掺 入量来对混凝土配合 比做相应的调整 ， 这就会造成混凝土 强度随着矿粉 中磨细石灰石粉掺入量 的不 同， 而无规律 的 上下波动 ， 甚至在掺入 量过多时 ， 造成混凝 土达不 到设计 强度； 所以必须采取有效手段加以鉴别， 不给不法商贩可 趁之机， 同时使混凝土质量得到预控。 4 2 矿粉中掺入石粉作假的快速鉴别手段 从表 1中可以看 出， 石粉 的烧失量 高达 4 6 ， 这是 因 为石粉的主要成分是碳 酸钙 ， 而碳酸钙在高温时就会分解 成氧化钙和二氧化碳 ， 二氧化碳是气体 ， 碳酸钙 高温分解 后 ， 二氧化碳就会飘散到空气 中， 只剩下固体氧化钙 ， 重量 就减轻了。 石粉的这一特性 ， 正好能被我们利用 ， 通过测定 烧失量 ， 可 以及 时发现矿粉是否掺假 ， 因为没有掺人 石粉 的矿粉 ， 烧失量为零。 以下是掺人不 同量石灰石 石粉矿粉 的烧失量 ( 见表 8 ) ， 这可以给 同行鉴别矿粉 中是否掺入石 粉作假一个参考 、 以及根据测得的烧失量推算 出矿粉 中掺 入石灰石粉数量 ， 并据此及时调整混凝土配合 比 ， 确保 混 表8 在矿粉中掺加不同掺量石粉后的烧失量 矿 粉 中掺 入石 灰石粉 的 比翠 ， 图 3 石粉掺量与烧失量关系 凝土质量 。 从表 8和图 3可以清晰的看出 ， 随着矿粉 中掺入磨细 石灰石粉的比率不断加大， 烧失量相应的同比例增加， 这 张图既能通过测定烧 失量来定 量的鉴别矿粉 中是否掺入 石灰石粉 ， 又能根据测得 的烧失量能够快速查 出矿粉 中掺 人了多少石灰石粉 ， 这样就可以根据矿粉 中掺入 了多少石 灰石粉针对性 的调整好 混凝 土配合 比， 来 保证 混凝 土质 量 。 5 石粉 如何正确的用 于混凝土 中 石粉替代活性掺合料肯定会影响混凝土强度， 而且强 度 的下降与混凝土中掺入的石灰石粉 的数量相关 ， 掺入的 石灰石粉越多混凝 土强度就下降越多 ， 而且 是有规律 的。 磨细的石粉还有一个 特性 ， 通过试验发 现 ， 混凝土 中掺人 适量的石粉 ( 占总胶材 2 O 以下 ) 不影 响混凝土的和易性 、 流动性 ， 同等重量的石粉与活性掺合料对混凝土性能的改 善相同。 而 目前 随着外加剂技术 的发 展 ， 外加剂 的减水 率 越来越 高， 使得在水胶 比不 变的情况下 ， 也就是 混凝土 强 度不变 的情况 下 ， 混凝 土 的用水量 和胶 材用 量都 越来越 少 ， 这 时混凝 土的强度和质量没问题 ， 但是 由于胶材太少 ， 混凝土状态和工作性很差， 难以使用和施工。 我们正好利 用石粉 的这个 特性 ， 在 混凝土 中胶 材用 量能满 足强 度要 求 ， 但胶材数 量无 法满 足混凝 土 和易性 、 流动 性 、 工 作性 时； 将石粉外掺到混凝土 中， 来 弥补细粉料 的不足 ， 改善混 凝土的工作性 ， 使其满足施工要求 。 6 结 论 ( 1 ) 磨细石灰石粉是一种惰性材料 ， 在混凝土 中不会 水化 ， 替代 同等重量活性掺合料掺入混凝土 中会 影响混凝 土强度 ， 并 随着掺人量的加大 ， 混凝土强度 同比下降。 ( 2 ) 磨细石灰石粉可以在胶材用量能满足混凝土强度 要求 、 但由于胶材用量太少无法满足混凝 土和易性 、 流动 性 、 工作性时 ， 作 为细粉料掺人混凝土 中来弥 补胶材用量 的不足 ， 改善混凝土的工作性。 ( 3 ) 磨细石灰石粉外 掺法 ( 不取代 活性掺合料 ) 掺入 混凝土中， 能起 到集料填充效应 ， 有效 的填补混凝 土 中的 空隙， 使混凝土更加密实， 从而提高混凝土抗渗性能， 使混 凝土的耐久性得到提升。 ( 4 ) 矿粉 中掺人磨 细石灰石粉作假 ， 危 害很大 。 矿粉 中掺入磨细石灰 石粉后 ， 造成混凝土 中活性掺合 料减少 ， 直接导致混凝土强度下降； 矿粉中掺人磨细石灰石粉作假 是不定时 、 不定量 的， 我们无法及 时知道进厂 的矿粉 被掺 入了多少磨细石灰石粉 ， 也就无法根据掺入量来对混凝土 配合比做相应 的调整 ， 这就会造成混凝 土强度随着矿粉 中 磨细石灰石粉掺入量 的不同 ， 而无规律的上下波 动， 甚 至 在掺入量过多时 ， 造成混凝 土达不到设计强度 ， 使混凝 土 质量处于失控状态。 ( 5 ) 鉴别矿粉中是否掺入磨细石灰石粉作假 的快 速、 有效手段是做烧失量 ， 矿粉 的烧失量 一般接近于零 ， 只要 烧失量大于 0 5 ， 矿粉 中必定 掺入 了石灰石 粉。 同时， 根 据测得的烧失量能够快速查 出矿粉 中掺人了多少石灰石 粉 ， 这样就可以根据矿粉中掺入了多少石灰石粉针对性 的 调整好混凝土配合 比， 来保证混凝土质量 。 第一作者： 联系地址： 联系电话 ： 余琴( 1 9 7 7一) ， 女 ， 工程师。 杭州市余杭区崇贤街道四维村 杭州申华混凝土有限 公司( 3 1 1 1 0 8 ) 1 5 0 8 8 71 3 33 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m