石灰石粉细度对水泥混凝土性能的影响研究

第３２卷第３期　２０１５年０９月　河北工程大学学报（自然科学版）　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３＂９４６９．２０１５．０３．０１５　Ｖｏ１．３２　Ｎｏ．３　Ｓｅｐ．２０１５　文章编号：１６７３－９４６９（２０１５）０３—００６２—０４　石灰石粉细度对水泥混凝土性能的影响研究　何锦云，张红丹，冯旭准，李雪峰，任玉文，李云峰　（河北工程大学土木工程学院，河北邯郸０５６０３８）　摘要：通过对比试验研究了不同细度的石灰石粉对水泥混凝土性能的影响。结果表明，磨细石　灰石粉减少了水泥的标准稠度用水量，但效果甚微，缩短了水泥的初、终凝时间；并且使混凝土　拌合物的塌落度增大，提高了拌合物的流动性和可塑性；通过对不同龄期混凝土试块抗压强度　的测定表明，磨细石灰石粉提高了混凝土的抗压强度，并且随着石灰石粉细度的增加，混凝土的　抗压强度增大。　关键词：石灰石粉；细度；强度和易性；标准稠度用水量　中图分类号：ＴＵ５２８　文献标识码：Ａ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｆｉｎｅ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｓｔｏｎｅ　ｌｉｍｅ　ＨＥ　Ｊｉｎ—ｙｕｎ，ＺＨＡＮＧ　Ｈｏｎｇ—ｄａｎ，ＦＥＮＧ　Ｘｕ—ｚｈｕｎ，ＬＩ　Ｘｕｅ—ｆｅｎｇ，ＲＥＮ　Ｙｕ—ｗｅｎ，ＬＩ　Ｙｕｎ—ｆｅｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｈａｎｄａｎ　０５６０３８，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｉｎｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｆｉｎｅ　ｇｒｉｎｄｉｎｇ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｍａｋｅ　ｃｅｍｅｎｔ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｏｎ．　ｓｉｓｔｅｎｃｙ　ｗａｔｅｒ　ｄｒｏｐ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ａｎｄ　ｓｈｏｒｔｅｎ　ｔｈｅ　ｉｎｉｔｉａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｆｉｎａｌ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ａｎｄ　ｍａｋｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｓｌｕｍｐ　ｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｌｉｑｕｉｄｉｔｙ　ａｎｄ　ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ｍｉｘｔｕｒｅ；Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ａｇｅ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｌｏｃｋ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｇｒｏｕｎｄ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｆｉｎｅｎｅｓｓ，ｔｈｅ　ＣＯＢ—　ｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｒｅｎｇｔｔｈ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｂｌｏｃｋ　ｖａｌｕｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ；ｆｉｎｅｎｅｓｓ；ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄ　ｗｏｒｋａｂｉｌｉｔｙ；ｓｔａｎｄａｒｄ　ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎ—　ｓｕｍｐｔｉｏｎ　随着我国经济的增长，建筑行业飞速发展。　我国对水泥、混凝土的需求量逐步增加…。混凝　土矿物掺合料的发明与应用，被认为是混凝土工　现行的国家水泥标准《硅酸盐水泥和普通硅酸盐　水泥》ＧＢ１７５允许在水泥中掺加一定量的混合材，　但是对混合材的掺量有一定的限制。水泥厂为了　艺和应用技术上的一次重大突破。石灰石粉作为　一种新型混凝土矿物掺合料，不仅价格低廉，加工　降低生产成本，掺加的混合材一般是一定量的石　灰石　Ｊ。本文拟对石灰石粉掺量为１０％的混凝　土根据其细度的不同进行研究讨论，并确定了不　同细度的石灰石粉对混凝土和水泥性能的影响　规律。　方便，能耗低，经济效益好，而且用作混凝土掺合　料能显著改善水泥基材料的性能，在技术和经济　上都具有诸多好处，故近年来得到国内外的广泛　关注和研究。巴西、欧洲、美国都有把石灰石粉可　以作为混凝土掺合料来使用　Ｊ。我国对石灰石粉　在混凝土中的应用也做了大量研究，郭育霞等　Ｊ　针对石灰石粉掺量对混凝土力学性能及耐久性的　１材料及实验方法　１．１试验材料　影响进行研究；岳瑜等　对磨细粉煤灰与石灰石　粉复合配制Ｃ８０高性能混凝土进行了研究，认为　收稿日期：２０１５—０５—０８　人工砂：细度模数为Ｍｘ＝１．５，表观密度Ｐ。＝　作者简介：何锦云（１９６５一），女，邯郸邢台人，教授，从事土木工程材料的教学和研究。　第３期　何锦云等：石灰石粉细度对水泥混凝土性能的影响研究　２．６８　ｇ／ｃｍ。，堆积密度Ｐ。　＝１．４２　ｇ／ｃｍ　，压碎指标　３０％　’　时亦可配制出高强高性能混凝土。混凝土　配合比设计如表２：　７．５％，含泥量３．４％。　水泥：太行山４２．５Ｒ普通硅酸盐水泥，Ｐ。＝　３．１　ｇ／ｃｍ　。　２试验结果及分析　２．１试验结果　碎石：５—２０　ｍｍ连续级配，Ｐ　＝２．６６　ｇ／ｃｍ　，　压碎指标９．１％。　外加剂：ＦＤＮ高效减水剂，掺量为１％，减水率　约为１５％一２０％。　石灰石粉细度对水泥浆凝结时间及标准稠度　用水量的影响结果见表３：　石灰石粉细度对混凝土拌合物塌落度的影响　结果见图１：　石灰石粉：密度Ｐ＝２．６２　ｇ／ｃｍ　，表观密度　Ｐ。＝２．３２　ｇ／ｃｍ　，根据０．０４５　ｍｍ方孔筛的筛余量　确定石灰石粉的细度。如表１所示：　１．２试验方法　／＼　本试验按照ＧＢ／Ｔ１３４６—２００１《水泥标准稠　／Ｉ，ｒ—、－．．　—・　度，凝结时间，安定性检验方法》测定其标准稠度　用水量及凝结时间。依据ＧＢ／Ｔ５００８Ｏ—２００２《普　通混凝拌合物性能试验方法标准》规定，测混凝土　∞∞∞∞∞∞∞　０　拌合物的工作性能。根据ＧＢ／Ｔ５０Ｏ８１—２００２《普　通混凝土力学试验方法标准》的规定，制成１０　ｃｍ　×１０　ｃｍ×１０　ｃｍ的混凝土立方体抗压试块，测其　不同龄期（３、７、２８　ｄ）的抗压强度值，并乘以０．９３　的折算系数换算成标准强度值。规范给定混凝土　用砂为中砂，但是由于邯郸地区中砂短缺而特细　砂丰富，据研究用特细砂拌制混凝土砂率为　Ｏ组　ｌ组　２组　３组　４组　图ｌ石灰石粉细度对混凝土拌合物塌落度的影响　Ｆｉｇ．１　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｆｉｎｅｎｅｓｓ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｏｎ　ｓｌｕｍｐ　石灰石粉细度对混凝土不同龄期（３、７、２８　ｄ）　的影响结果见图２：　表ｌ石灰石粉细度　Ｔａｂ．１　Ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｆｉｎｅｎｅｓｓ　表３水泥一石灰石粉浆体凝结时间及用水量试验结果　Ｔａｂ－３　Ｍｉｘ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｅｍｅｎｔ—ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｐａｓｔｅｓ　ｆｏｒ　ｓｅｔｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ　河北工程大学学报（自然科学版）　２０１５正　７　２０　１０　０　０组　ｌ组　２组　３组　４组　圈２不同细度的石灰石粉对混凝土强度的影响　Ｆｉｇ．２　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｉｎｅｎｅｓｓ　ｏｆ　１　ｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｐｏｗｄｅｒ　ｅｌｌ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　２．２结果分析　由表３可以看出，１～４组与０组相比其标准　一　一　＋　稠度用水量分别减少了０．４％、０．５％、０．４％、　０．６％。　石灰石粉作为惰性掺合料本身并不参与水泥　的水化，但石灰石粉表面光滑，颗粒圆润，其表面　的摩擦阻力较小，同时还具有致密的斥水表面结　构　Ｊ，能够充分发挥本身的滚珠效应，增加水泥净　浆的流动性，起到减水的作用。但由以上数据可　知，石灰石粉对水泥净浆的减水效果并不是特别　明显，而且减水性能与石灰石粉的细度关系不大。　石灰石粉取代１０％的水泥作为胶凝材料制成　标准稠度的净浆，测其凝结时间。由表３可以看　出，掺人石灰石粉后，水泥净浆的初、终凝时间都　明显减少。由于石灰石粉为惰性掺合料，本身并　不发生水化反应，用石灰石粉替代部分水泥后，致　使参加水化的胶凝材料用量减少。在同样环境下　掺石灰石粉的胶凝材料完全水化所用时间少。并　且，石灰石粉颗粒细、表面光滑能很好的填充到水　泥颗粒之间，使水泥颗粒更好分散开来，使水泥水　化速度加快，凝结硬化也随之加快。但由表３还　可以看出，１—４组掺石灰石粉的水泥浆体的凝结　时间并没有随石灰石粉细度的增加发生明显　变化。　由图１结果表明，掺石灰石粉的ｉ～４组混凝　土拌合物的塌落度与未掺的０组相比，分别提高　了６５、４５、２３、ｉ０　ｍｍ，并且随石灰石粉细度的增加　塌落度值增加量减少。　混凝土拌合物中掺入石灰石粉后塌落度增　大。一方面因为石灰石粉的形态效应，石灰石粉　颗粒表面光滑致密，摩擦阻力小，在混凝土内部颗　粒间可以起到“滚珠”的作用；另一方面，由于石灰　石粉颗粒细小能够分散在水泥颖粒之间，起到了　分散剂的作用，使水泥絮凝体解絮，释放更多的自　由水，增大混凝土的流动性。并且石灰石粉颗粒　还能吸附拌合物中多余的水分，改善拌合物的粘　聚性和保水性。随着石灰石粉细度的增加，其本　身的形态效应和分散作用越明显。但由于石灰石　粉细度的增加，其颗粒本身吸附的水颗粒也增多，　致使混凝土拌合物的粘聚性进一步加大，塌落度　差值相对减少。　综上所述，石灰石粉掺人混凝土拌合物中不　仅增加了混凝土拌合物的流动还改善了拌合物的　粘聚性和保水性。并且随着石灰石粉细度的增加　混凝土拌合物的粘聚性和保水性增强，流动性的　增强幅度减弱。　分析图２可知，混凝土３　ｄ龄期抗压强度随石　灰石粉细度的增加分别增强了４．５％、９．１％、　ＩＩ．４％、１５．９％；７　ｄ抗压强度随石灰石粉细度的　增加分别增强了６．０％、１８．Ｏ％、２２．０％、２４．０％；　２８　ｄ抗压强度随石灰石粉细度的增加分别增强了　６．５％、４．９％、８．２％、８．２％。由以上数据可以看　出混凝土中掺人石灰石粉后其抗压强度值有不同　程度的提高，并且随着龄期的增加抗压强度值增　长幅度有所减缓。即石灰石粉对混凝土早期强度　的增长幅度更大。　石灰石粉对混凝土强度的增强作用一方面由　于混凝土中掺人石灰石粉后，在保持混凝土工作　性不变的前提下，使混凝土水胶比降低，强度增　加；另一方面是因为磨细石灰石粉颗粒比水泥颗　粒小，将其掺入混凝土中不仅改善了胶凝材料的　颗粒级配，还更好的填充在界面的孔隙中，使水泥　石结构和界面结构更为致密，提高了水泥石强度　和界面强度　Ｊ。混凝土后期强度的增长主要由于　水泥的水化作用，石灰石粉对混凝土的后期影响　较小，故２８天混凝土的强度增长幅度减少。　综上分析，随着石灰石粉细度的增加，混凝土　强度增加，且石灰石粉对混凝土的早期强度影响　较大。　３结论　１）磨细石灰石粉能促进水泥浆体的凝结，使　初凝和终凝时间均缩短，这说明石灰石粉加速了　水泥的水化。并且，石灰石粉降低了水泥的标准　稠度用水量，但效果甚微。　２）石灰石粉能改善混凝土拌合物的工作性，　提高拌合物的流动性和可塑性。并且，石灰石粉　第３期　何锦云等：石灰石粉细度对水泥混凝土性能的影响研究　越细，混凝土拌合物的塌落度增长幅度越小，拌合　物的粘聚性和保水性越好。　３）通过对不同龄期混凝土试块抗压强度的测　定表明，磨细石灰石粉提高了混凝土抗压强度，并　且随着石灰石粉细度的增加，混凝土的抗压强度　增大。　参考文献：　［１］周金钟，郑广军，刘勇彰．石灰石粉在普通混凝土中的　应用研究［Ｊ］．建筑节能，２００９，１０（６）：３１—３４．　［２］ＭＥＮＥＮＤＥＺ　Ｇ，ＢＯＮＡＶＥＴＦＩ　Ｖ，ＩＲＡＳＳＡＲ　Ｅ　Ｆ．Ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｅｒｎａｒｙ　ｂｌｅｎｄｅｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｌｉｍｅｓｔｏｎｅ　ｆｉｌｌ—　ｅｒ　ａｎｄ　ｂｌａｓｔ　ｆｕｒｎａｃｅ　ｓｌａｇ　１　Ｊ　１．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｅｒｅｔｅ　Ｒｅ　ｓｅａｒｅｈ，２００３，２５（１）：６１—６７．　［３］郭育霞，贡金鑫，李晶．石粉掺量对混凝土力学性能及　耐久性的影响［Ｊ］．大连理工大学学报，２００９，１２（３）：　２６６—２７１．　（上接第６１页）砂柱，毛细水都是在开始水补给初　期阶段上升速度最快；随着时间的增长，毛细水上　升速度越来越小，直至停止。　２）其他条件相同的情况下，加温砂柱毛细水　上升的最大高度小于室温砂柱毛细水上升的最大　高度，证明局部的高温反而会抑制水分的向上迁　移。随着温度的升高，毛细水上升的最大高度将　随之降低。　３）两根砂柱毛细水在上升到４３　ｃｍ时。毛细　水上升速度相等；低于４３　ｃｍ时，加温砂柱毛细水　上升速度大于室温砂柱；高于４３　ｃｍ时，室温砂柱　毛细水上升速度大于加温砂柱。　参考文献：　［１］贝尔．多孔介质流体动力学［Ｍ］．北京：中国建筑工业　出版社，１９８３．　［２］刘小平．非饱和土路基水作用机制及其迁移特性研究　［Ｄ］．长沙：湖南大学，２００８．　［３］尹娟，费良军，程东娟．均质土壤毛管水上升特性室　内试验研究［Ｊ］．农业工程学报，２００７，６（２３）：９１　—９４．　［４］王丁，费良军．层状土壤上升毛管水运移特性实验研　究［Ｊ］．地下水，２００９，３１（１）：３５—３７．　［４］岳瑜，张兰芳．磨细粉煤灰与石灰石粉复合配制Ｃ８０　高性能混凝土的研究［Ｊ］．粉煤灰综合利用，２０１１，１３　（４）：２０—２１．　［５］李晶．石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究　［Ｄ］．大连：大连理工大学，２００８．　［６］何锦云，李云峰，白鲁帅．石灰石粉掺量对混凝性能的　影响研究［Ｊ］．河北工程大学学报：自然科学版，２０１４，　３１（３）：１５—１６．　［７］何锦云，张翠，吕如春．特细砂配制低强度混凝土的试　验研究［Ｊ］．河北工程大学学报：自然科学版，２０１４，３１　（１）：６～８．　［８］孙开双，周兴旺，刘桂宾．磨细石灰石粉对混凝土性能　影响研究［Ｊ］．商品混凝土，２０１０（２）：２９４—２９８．　［９］陈剑雄，崔洪涛，陈寒斌，等．掺人超细石灰石粉的混凝　土性能研究［Ｊ］．施工技术，２００４，３３（４）：３９—４１．　（责任编辑王利君）　［５］ＤＵＬＨＥＮ　Ｆ　Ａ　Ｌ．多孔介质：流体渗移与孔隙结构［Ｍ］．　北京：石油工业出版社，１９９０．　［６］ＦＲＥＤＬＵＮＤ　Ｄ　Ｇ，ＲＡＨＡＲＤＩＯ　Ｈ．Ｓｏｉｌ　ｅｃｈａｎｉｃｓ　ｆｏｒ　ｕｎｓａｔ．　ｕｒａｔｅｄ　ｓｏｉｌｓ［Ｍ］．Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ：Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ　Ｉｎｃ，１９９３．　［７］李锐，李文光，陈善雄．基于Ｇｅｏ—ｓｌｏｐｅ的膨胀土路基　毛细水上升分析［Ｊ］．华中科技大学学报：城市科学版，　２００６，２３（１）：３６—３９．　［８］魏进，王晓谋，张登良．风积砂的毛细性及其盐胀的室　内试验研究［Ｊ］．内蒙古公路与运输，２００５（８９）：３７　—３８．　［９］ＬＵ　Ｎ，ＬＩＫＯＳＷ　Ｊ．Ｒａｔｅ　ｏｆ　ｃａｐｉｌｌａｒｙ　ｒｉｓｅ　ｉｎ　ｓｏｉｌ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｆｏ　Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｅａｌ　ａｎｄ　Ｇｅｏｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，　２００４，１３０（６）：６４６—６５０．　［１Ｏ］董斌，张喜发，李欣，等．毛细水上升高度综合试验研　究［Ｊ］．岩土工程学报，２００８，３０（１０）：１５６９—１５７５．　［１１］苗强强，陈正汉，田卿燕，等．非饱和含黏土砂毛细上　升试验研究［Ｊ］．岩石力学，２０１１，３２（ｚ１）：３２７　—３３３．　［１２］希勒尔．土壤和水一物理原理和过程［Ｍ］．北京：农业　出版社，１９８１．　［１３］贾辉．波涌灌间歇入渗氮素运移特性与地下水环境　效应试验研究［Ｄ］．西安：西安理工大学，２００４．　（责任编辑王利君）