閻培渝：用于水泥和混凝土的石灰石粉

　　為進(jìn)一步促進(jìn)我國水泥和混凝土企業(yè)對石灰石粉的研究與應(yīng)用，中國混凝土與水泥制品協(xié)會于2013年6月22日在廣西南寧組織召開了全國石灰石粉在水泥與混凝土中應(yīng)用技術(shù)研討會，會議由中國混凝土與水泥制品協(xié)會主辦，北京中宇砼鑫科技發(fā)展有限公司承辦，山東眾森科技股份有限公司協(xié)辦。會議邀請到多位行業(yè)專家介紹石灰石粉在水泥與混凝土中應(yīng)用技術(shù)研究情況，清華大學(xué)閻培渝教授做《水泥和混凝土的石灰石粉》為主題的報(bào)告。

　　清華大學(xué)閻培渝教授詳細(xì)介紹了石灰石粉在水泥和混凝土的應(yīng)用情況，他先介紹了歐洲水泥中石灰石粉標(biāo)準(zhǔn) ENV-197，標(biāo)準(zhǔn)中有硅酸鹽石灰石粉水泥CEM-II-L，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中又有兩種情況，CEM-II-L(A): 石灰石粉摻量5-20%的規(guī)定；CEM-II-L(B): 石灰石粉摻量21-35%。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在歐洲有，但是實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，可以忽略。而在我國《通用水泥》（GB175）標(biāo)準(zhǔn)中，有如下圖詳細(xì)說明：

　　通用硅酸鹽水泥組成
　　目前，通用硅酸鹽水泥組成材料分為：活性混合材料（粒化高爐礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料）、 非活性混合材料（活性指標(biāo)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的?；郀t礦渣、?；郀t礦渣粉、粉煤灰、火山灰質(zhì)混合材料；石灰石和砂巖，其中石灰石中的Al₂O₃含量應(yīng)不大于2.5%）、窯灰、助磨劑（水泥粉磨時(shí)允許加入助磨劑，其加入量應(yīng)不大于水泥質(zhì)量的0.5%）。
　　在普通硅酸鹽水泥中摻加的活性混合材料中，允許用不超過水泥質(zhì)量8%的非活性混合材料或不超過水泥質(zhì)量5%的窯灰代替；在礦渣硅酸鹽水泥中允許用不超過水泥質(zhì)量8%的活性混合材料、非活性混合材料或窯灰中的任一種材料代替礦渣；復(fù)合硅酸鹽水泥的混合材為由兩種（含）以上活性混合材料或/和非活性混合材料組成，其中允許用不超過水泥質(zhì)量8%的窯灰代替。摻礦渣時(shí)混合材料摻量不得與礦渣硅酸鹽水泥重復(fù)。
　　水泥最佳顆粒級配為：3～32μｍ顆粒對砂漿強(qiáng)度增長起主要作用，其間粒度分布應(yīng)是連續(xù)的，總量不低于65 ％ 。小于3μｍ的細(xì)顆粒，易結(jié)團(tuán)，不要超過10％；粒徑1μｍ以下的小顆粒，在加水拌和過程中就水化了，對砂漿強(qiáng)度作用很小，反而造成砂漿較大收縮。大于65μｍ 的顆?；钚院苄?，這兩部分顆粒最好沒有。

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　　石灰石粉
　　石灰石粉是惰性混合材，質(zhì)軟，易磨細(xì)。在水泥粉體中處于顆粒粒度分布曲線上最細(xì)的一端，可以改善顆粒級配。在配制需要高粉體含量的混凝土?xí)r，如自密實(shí)混凝土，可使用石灰石粉。國外在配制自密實(shí)混凝土?xí)r摻入大量石灰石粉，摻量最高達(dá)到300kg/m³。摻入石灰石粉可以增加漿體含量，改善黏聚性，提高泵送性能。在我國許多水電工程中均采用了石粉取代部分細(xì)骨料，取得了良好的效果。石粉在一定摻量范圍內(nèi)具有微集料效應(yīng)，能改善新拌混凝土的和易性，對混凝土的凝結(jié)時(shí)間幾乎沒有影響。在我國許多水電工程中，采用了石灰石粉作為礦物摻合料。龍灘水電站中采用石粉取代25%的粉煤灰，共同作為混凝土摻合料，對碾壓混凝土的VC值影響不大，不影響其抗壓強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度和抗?jié)B性能。可以降低混凝土的絕熱溫升3~5℃，這對于減小溫度應(yīng)力，提高混凝土抗裂能力非常有利。
　　水泥、粉煤灰和石灰石粉三元復(fù)合膠凝材料
　　中國水電科學(xué)院陳愷新在國家三科一新的研究支持下面，研究了水泥、粉煤灰和石灰石粉三元復(fù)合膠凝材料。陳愷新認(rèn)為水泥、粉煤灰和石粉三者顆粒間發(fā)生可以發(fā)生一種“填充效應(yīng)”，顆粒間的空隙減小，使空隙水減少，自由水增加，則漿體的流變性增大。PO硅酸鹽水泥34%、磨細(xì)錳鐵礦渣23%和石灰石粉43%組成的三元復(fù)合膠凝材料用于水電站工程上有很好的效果。
　　北京恒坤混凝土公司曾試驗(yàn)用超細(xì)石灰石粉配制混凝土，用水量僅130kg/m3，28天強(qiáng)度可達(dá)50MPa。后期試驗(yàn)沒有持續(xù)，其原因不詳。現(xiàn)在北京沒有實(shí)際工程使用。
　　國內(nèi)在PC32.5復(fù)合硅酸鹽水泥中摻加石灰石粉，最高摻量可達(dá)20%。而且這種情況下水泥的品質(zhì)較差，不能用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，只用于抹灰砂漿等非結(jié)構(gòu)用途。如果摻量超過22%，則砂漿粘附性能很差。曾有人向京滬高鐵工程推薦使用石灰石粉，號稱能提高早期強(qiáng)度，縮短拆模時(shí)間。曾做過一根實(shí)驗(yàn)梁，但真正實(shí)驗(yàn)梁是由礦渣粉與石灰石粉的混合物，最終沒有實(shí)際使用。

　　上圖是自己磨的石灰石粉的顆粒，這個(gè)顆?？闯鰜硎沂鄣念w粒非常細(xì)，與水泥、粉媒灰相比較它的顆粒粒度也是非常細(xì)。

　　石灰石粉的粒度分布

　　石灰石粉的粒度分布

　　石灰石粉摻量與膠砂試件抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

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　　石灰石粉摻量與膠砂試件抗折強(qiáng)度的關(guān)系

　　石灰石粉摻量對膠砂試件比強(qiáng)度的影響

　　從上圖可以看出，適量的摻加石灰石粉對膠砂試件比強(qiáng)度的影響不大，這也從另外層面反映了現(xiàn)在水泥中適量的摻加石灰石粉是可行的。也就是說100%的水泥孰料加10%的石灰石粉，相當(dāng)于在PO水泥中加8%的非活性復(fù)合材。
　　石灰石粉的作用
　　石灰石粉具有如下作用：填充作用--使?jié){體結(jié)構(gòu)密實(shí)；稀釋作用--加速水泥的水化，提高水泥的水化程度；化學(xué)反應(yīng)--生成碳鋁酸鹽。
　　閻培渝表示，在談到石灰石粉時(shí)，大家都很關(guān)注碳硫硅鈣石 Thaumasite的反映，會不會破壞混凝土的機(jī)理反映。碳硫硅鈣石最早在歐洲被發(fā)現(xiàn)。而且它只在低溫（<15℃）環(huán)境中生成。它的分子式：[Ca₃Si(OH)6·12H₂O](SO4)(CO₃)。它具有類似于鈣礬石的結(jié)構(gòu)，可與鈣礬石形成有限固溶體?，F(xiàn)有研究證明，在有CaCO3微粉存在時(shí)，碳硫硅鈣石可很快生成，但必須有鈣礬石預(yù)先生成，作為晶核，促使其形核結(jié)晶。

　　硫酸鹽侵蝕與碳化共同作用下，可生成碳硫硅鈣石。這會導(dǎo)致CSH凝膠分解，使硬化漿體失去膠凝性，造成嚴(yán)重后果。由于這種破壞作用是針對水泥的水化硅酸鹽相，而不是水化鋁相，因此抗硫酸鹽水泥也沒有保護(hù)作用。在我國目前有文獻(xiàn)報(bào)道過的的碳硫硅酸鹽破壞實(shí)例，如：黃河八盤峽水庫大壩廊道：有大量滲水，膠凝材料成為稀泥狀。修補(bǔ)后很快再次損壞。新疆永安水庫大壩廊道：有大量滲水，膠凝材料成為稀泥狀。建成后一年即損壞。
　　結(jié)論：
　　最后，閻培渝強(qiáng)調(diào)，目前，在我國除了在水電工程的低強(qiáng)度大體積混凝土結(jié)構(gòu)中成功使用外，在我國房屋建設(shè)、鐵路、公路、水運(yùn)等領(lǐng)域沒有成功使用石灰石粉的案例。對于含有石灰石粉的混凝土的耐久性沒有全面研究，缺乏經(jīng)驗(yàn)。含有石灰石粉的混凝土的配合比設(shè)計(jì)沒有理論指導(dǎo)。要慎重推廣石灰石粉。現(xiàn)在不宜盲目上石灰石粉生產(chǎn)線。不必專門編制“用于水泥生產(chǎn)的惰性混合材”標(biāo)準(zhǔn)。

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