试谈废渣石灰石微粉和工业废渣复掺作混凝土掺合料试验运用

［摘要］本文研究了利用石材生产过程中产生的尾矿制成石灰石粉，等量替代部分水泥和粉煤灰和矿粉三掺配制混凝土，并根据试验结果进行了生产应用。结果证明，石灰石粉适量替代水泥和粉煤灰和矿粉复掺配制混凝土工作性能提高，强度完全能达到要求。
［关键词］石灰石粉 粉煤灰 矿粉复掺 混凝土 强度

1、前言
我国石灰石矿储藏量比较丰富，那些多山地区都生产石材，以供应周边地区的需求。在生产石材及机制砂过程中，必然会产生石粉和石屑，好多地方对生产过程中产生的石屑进行再利用仍然认识不足，有些作为尾矿随意处置，污染环境。P.K.Mehta等认为，在常规的环境下混凝土中有超过20%—30%左右的水泥水化反应不充分，部分水泥不能发挥其应用功效，只仅仅起到填充料的作用。石灰石有很好的易磨性，如果我们将其进一步粉磨成比表面积600m2/Kg左右的石灰石微粉，作为混凝土中的一种细粉料颗粒填充料，部分替代水泥和粉煤灰做混凝土掺和料，既可以减少水泥用量，又可以补充粉煤灰紧张时量的不足，特别是在粉煤灰紧缺的地方，优势更加明显。
国内外大量的试验结果表明，石灰石细粉在混凝土中并不完全是一种隋性材料，在水泥水化反应过程中，CaCO3与C3A和F反应生成水化碳铝酸钙，石灰石细粉的晶核作用，水泥水化反应产生的Ca(HO)2发生反应生成碱式碳酸钙，加速了水泥的水化。

2、原材料及试验方法

2.1原材料

（1）试验用江苏扬子水泥有限公司生产的“长荡湖”P.O4

2.5水泥，其技术性能指标见表1。

（2）粉煤灰选用南通启东电厂的粉煤灰，Ⅰ级粉煤灰细度（0.045mm筛余）为8％，需水量比94％，烧失量3.5％，SO3含量1.5％，含水率0.2％；Ⅱ级粉煤灰细度（0.045mm筛余）为18％，需水量比102％，烧失量

5.0％，SO3含量1.5％，含水率0.3％。

表1水泥物理性能指标

（3）矿粉选用沙钢S95矿渣粉，其比表面积为420m2/kg，密度2.92g/cm2，流动度比为102％，7d活性指数为82％，28d活性指数为104％，含水率0.2％。
（4）石灰石粉比表面积为580m2/kg，需水量比99%。
（5）细骨料用天然河砂，细度模数2.6，筛底5％，含泥量0.2％，泥块含量为0％，表观密度为2610kg/m3，堆积密度为1590kg/m3。
（6）粗骨料采用5～16mm、16～31.5mm的碎石二种级配混合后满足5～31.5mm的连续级配要求，含泥量为0.2％，泥块含量为0％，针片状颗粒含量为

5.1％，压碎值指标为6.8％，表观密度为2735kg/m3。

(7)外加剂用海门浦发建材生产的PH-AⅠ型高效缓凝减水剂，减水率﹥15％。

2.2试验方法

（1）试验目的
以细磨石灰石粉和矿粉、粉煤灰三种矿物原料三掺法配制混凝土，充分利用石灰石的微粉集料的填充作用和石灰石微粉对水泥水化的促进作用，解决因矿粉的掺量增加而带来的混凝土早期强度偏低问题，特别是在气温低的冬季，仍然可以正常使用矿粉。
（2）试验配合比
本试验采用矿粉、石灰石粉、粉煤灰三掺法，抽取公司正常生产用C30配合比进行试配，混凝土初始坍落度以平时生产泵送混凝土出机的190±10mm为基准，当石灰石粉等量替代部分水泥和粉煤灰时，随着石灰石粉掺量的变化，考察混凝土工作性能变化情况。混凝土具体配合比见表3和表4。
表2 石灰石粉替代等量水泥和粉煤灰的混凝土试验配比

3、试验结果与讨论

3.1石灰石部分替代水泥和粉煤灰后混凝土工作性能变化

用Ⅰ粉煤灰试验时，随着石灰石替代水泥和粉煤灰量的增加，混凝土表现出偏粘，出现严重抓底现象。而换用Ⅱ级粉煤灰时，混凝土整体和易性好，无泌水现象。分析原因主要是粉料颗粒级配的合理性，Ⅰ粉煤灰比水泥粗的颗粒比较少，使得粉料整体颗粒分布中细粉料段偏多，粉料颗粒结构不合理，造成混凝土粘且抓底；而Ⅱ级粉煤灰中粗颗粒比较多，粉煤灰、水泥、矿粉、石灰石粉形成一系列比较合理的连续颗粒级配，从而改善了混凝土整体的工作状态。
随着石灰石替代水泥和粉煤灰量的增大，达到初始要求坍落度190±10mm时的用水量略有下降，坍落度经时损失变小，泌水情况明显减轻。主要原因是，一方面随着石灰石和粉煤灰总量的加大，稀释了水泥在整个系统中的量，再加上石灰石的活性大大低于粉煤灰，使得整体水化反应速度减缓；另一方面是由于石灰石粉具有良好的形态效应和填充效应，表面光滑的石灰石粉颗粒分散在水泥颗粒之间，起到分散作用，促使水泥颗粒的解絮，改善了混凝土的工作性能，减小了坍落度的经时损失；部分石灰石微粉填充于各细粉颗粒之间，置换出颗粒间的水，所以用水量略有下降。
表3石灰石粉替代水泥及粉煤灰三掺时混凝土性能

3.2石灰石部分替代水泥和粉煤灰后混凝土的强度

从表4可以看出，部分石灰石等量替代水泥和粉煤灰而用水量基本不变化时，混凝土的七天强度比基准有所提高；当石灰石替代水泥的量在15%以内时，混凝土的二十八天强度无明显变化；当石灰石替代水泥的量在15%—25%时，混凝土的二十八天强度下降较多；原因分析主要是混凝土的有效水灰比被放大，造成混凝土强度偏低。B组试验通过调整外加剂掺量，降低混凝土有效水灰比，石灰石替代水泥的量在15%—25%时，混凝土二十八天强度和基准样基本一致。
4实际应用
通过试验证明，石灰石替代部分水泥和粉煤灰作混凝土掺和料是可行的，自制石灰石粉部分替代水泥和粉煤灰在常州巨凝搅拌站进行生产试用，生产应用过程中，现场取样制作混凝土试块，养护、检测，结果全部合格，二十八天强度全部能达到设计要求的125%以上，现场回弹检测结果强度全部达到设计要求，回弹实测强度均较不掺加石灰石粉的高，碳化深度均较原先不掺石灰石粉的低，而且表面致密光滑。
5结论
5.1石灰石粉部分替代水泥和粉煤灰，可以改善混凝土的工作性能，用掺有石灰石粉配制的混凝土和易性较好，基本无离析和泌水现象。
5.2石灰石粉可以替代15%以内的水泥和矿粉、粉煤灰三掺作混凝土掺和料，能改善混凝土因矿粉掺量大而造成混凝土早期强度偏低的状况。
5.3石灰石替代水泥时，会造成有效水灰比放大，通过调整外加剂掺量降低有效水胶比，使有效水胶比控制在基准样基础上增加值在0.03以内，否则会造成二十八天强度下降。
5.4从现场情

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况看，掺有石灰石粉的混凝土比较致密光滑，碳化程度较不掺的小。
5.5用石灰石粉作混凝土掺和料，减少了污染，有利于环保，又提高了石屑的利用价值，避免了资源的浪费，有利于混凝土行业的可持续性发展，社会意义重大。

P.K.Mehta，Paulo J.M.Monteiro.混凝土结构、性能和材料[M].中国电力出版社.2008.
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