摘要：采用石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质煤灰材料按照一定比例分别掺配配置大流动性混凝土，并研究了石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质粉煤灰材料对混凝土的拌和物性能、强度和耐久性的影响。研究表明：用石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质粉煤灰材料能够制备出C40以下强度等级的混凝土，混凝土性能指标不一，各种龄期强度指标均有不同程度增长。当采用劣质粉煤灰时拌和出同样状态流动性良好混凝土时减水剂掺量需要提高至1.5%，Ⅱ级粉煤灰使用减水剂正常掺量1.0%，石灰石粉使用减水剂正常掺量1.0%用水量扣除比例1.6%；石灰石粉拌和混凝土随着龄期增加强度增长明显，假粉煤灰拌和混凝土随着龄期增加强度增长放缓。
关键词：石灰石粉；Ⅱ级粉煤灰；劣质粉煤灰；混凝土性能；强度；
高性能混凝土特征根据应用环境而定，重点控制混凝土状态，利于浇筑容易、振捣密实、不易离析、水化热低、力学性能、稳定性能、耐久性能、服务寿命长等优点。高性能混凝土具有更密实的结构与良好的孔结构，具有优良的界面结构，普通混凝土用碎石与水泥石之间界面上粘滞有较多氢氧化钙,氢氧化钙在界面之中结晶与定向排列，造成混凝土耐久性降低和强度降低的绝大原因。因此改善此现象，通过加入矿物掺合料起到以下四种作用，减水作用的形态效应、致密作用的微集料效应、增强作用的火山灰效应、益化作用的稳定效应，混凝土掺入矿物掺合料可以代替一部分水泥，提高混凝土拌和物流动性、降低混凝土拌和物的黏性、降低混凝土拌和物泌水、早期强度不降低、后期强度增长高、混凝土耐久性好等优势。土工工程学会标准《混凝土结构耐久性设计与施工指南》CCES01:2004对高性能混凝土定义是：在混凝土配合比内适当掺加活性矿物掺和料，降低混凝土水胶比、采用低水泥用量、严控过程质量，使其高性能混凝土在普通混凝土的基础上具备更好的密实性、均匀性、工作性和体积稳定性。因此，矿物掺和料是配制现代高性能混凝土的必要功能性组成材料，在其组分中起到至关重要的作用，影响着混凝土状态、性能、成本等，现通过石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质粉煤灰等几种材料对混凝土性能和强度影响做以分析。
1.石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质粉煤灰的材料性能
石灰石粉的材料性能：石灰石粉是以自然形成天然石灰石为原料，经过人为机械加工粉碎、适当磨细而生产的一种细致粉末。石灰石粉按照检测规范规定需要检测碳酸钙含量、细度、流动度比、含水量、MB值，7d抗压强度、28d抗压强度。石灰石粉在现规范中已经列入到矿物掺合料当中，其物理状态中以颗粒的细度较细，而相对粉煤灰更加优良，实践中经试验规定掺量掺入到混凝土拌和物当中，填充在混凝土中微细颗粒间，有效改善了高性能混凝土中的结构，通过致密而增强混凝土密实度，从而达到提高强度作用，自身颗粒粒径趋于圆润、需水量较小又能改善混凝土拌和物流动性，降低水化热，水胶比减小、提高了混凝土自身强度。石灰石粉颗粒状态还能改变混凝土中胶凝材料结构中相关颗粒级配，在混凝土浆体中起到了进一步填充作用。以上材料性能表现出石灰石粉的结构稳定，性能良好，可进一步替代粉煤灰，从而改善其因粉煤灰细度不稳定、存在泌水的弊端和不利影响。
Ⅱ级粉煤灰的材料性能：粉煤灰属于高性能混凝土中的矿物掺合料，是现代火力集中发电厂在使用燃煤燃烧后部分未燃烧颗粒或气体在烟道经烟气中高温冷凝收集下来的一种细灰废渣，收集后主要成固体状态。主要是由硅质和硅铝质材料组成，化学组成主要氧化物组成为:二氧化硅、氧化铝、氧化亚铁、氧化铁、二氧化钛等；结构颗粒特征主要是由光滑玻璃体、晶体矿物、多孔状玻璃体、碳颗粒组成，按照粉煤灰颗粒形貌，可将粉煤灰颗粒分为：玻璃微珠、海绵状玻璃体（包括颗粒较小、较密实、孔隙小的玻璃体和颗粒较大、疏松多孔的玻璃体）、炭粒；其粒径基本在0.001~0.1mm之间，可用在当代高性能混凝土拌和物生产中，起到一定填充和润滑作用。依据规范标准的具体规定需要检测控制指标为细度、需水量比、烧失量、游离氧化钙、密度含水量、三氧化硫含量、半水亚硫酸钙含量、氧化钙含量、游离氧化钙含量、密度、活性指数、二氧化硅、三氧化二铝和三氧化二铁总含量、碱含量等。高性能混凝土拌和物掺入粉煤灰会改善混凝土相关行为机理，火山灰效应促进粉煤灰中的二氧化硅、三氧化二铁与水泥水化产物氢氧化钙再次发生二次水化化学反应，增强混凝土力学性能，提高混凝土强度和抗腐蚀性。形状因子效应，其颗粒形状促进了在高性能混凝土中表现出现良好的物理效应，其微细颗粒具有致密混凝土结构和优化水泥之间黏结的作用，能够有效的解决高性能混凝土中存在的容易泌水和抗渗性能不佳，对于混凝土外表面的抗碳化能力提高效果明显。减水效应，根据物理流变学原理，由于其表面颗粒形状几乎接近圆形，屈服应力较小，在混凝土中起到一定的滚珠效应，增大了混凝土中水泥浆流动性，改变了混凝土拌和物工作性能，降低了混凝土拌和物用水量、提高了混凝土后期强度，增加了结构物表面抗碳化能力，整体耐久性能优良。
劣质粉煤灰的材料性能：国家提倡青山绿水，大量污染性企业减产、降能，导致传统矿物掺合料如优质粉煤灰在市场上日益紧俏，面对国家基建建设加速和混凝土生产量增大，当前供需矛盾逐渐突出。由于市场供应鱼龙混杂，劣质煤灰杂乱无章，通过现有的规范标准无法正确的判定粉煤灰的质量好坏，源头上无法卡控，过程中无法监督，使用后导致的混凝土工作性能降低，凝固后已成型的混凝土质量损害程度不一，给大型工程建设和民生带来了较大隐患，对于过程建设事业的发展造成不良影响。劣质粉煤灰有假粉煤灰、脱硫粉煤灰、脱硝粉煤灰、浮油粉煤灰，以上粉煤灰应用在高性能混凝土中均会对混凝土拌和物产生不同程度的影响，特别是混凝土初始工作状态，导致混凝土拌和物塌落度损失大，泌水、泌浆现象严重、强度增长缓慢或不增长，耐久性性能差，严重威胁着混凝土的施工质量和应用寿命。
2.检测对比
表1 石灰石粉 各项指标性能检测结果
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掺和料石灰石粉的主要组成成分是碳酸钙，其石灰石粉在高性能混凝土拌和物应用作用主要是微集料填隙增密；其余次要组成成分二氧化硅 、氧化铝、氧化铁等等具有一定集料活性，掺入到水泥混凝土中，既能加大混凝土流动工作性，亦能很好的水化反应；通过检测指标数据明显得出材料指标合格，最重要是其抗压强度比结果较有保障。
表2 掺和料Ⅱ级粉煤灰 各项指标性能检测结果
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掺和料Ⅱ级粉煤灰按照TB10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》续表6.2.2-5规定，所有试验检测指标全部符合标准中的相关要求，其掺和料Ⅱ级粉煤灰的主要成分是二氧化硅 、氧化铝、氧化铁，总含量占约占70％以上，细度、密度相对水泥均比较小，掺和料Ⅱ级粉煤灰在混凝土中主要起到微细骨料的填充和润滑作用；体现出活性成分高，滚珠效应明显、能够降低单位用水量、极大的降低了混凝土的水胶比、状态结果反映出明显的流动性增大，可以很好的和水泥的水化产物进行二次反应，经试验和验证结果表明，掺和料Ⅱ级粉煤灰应用于新拌混凝土中，可显著提高混凝土的后期强度和耐久性能，确保了工程实体结构物使用可靠性和安全性。
表3 掺和料劣质粉煤灰 各项指标性能检测结果
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掺和料劣质粉煤灰经试验个别检测指标不符合TB10424-2018《铁路混凝土工程施工质量验收标准》续表6.2.2-5规定，劣质粉煤灰的主要成分是二氧化硅 、氧化铝、氧化铁占比较小，细度较Ⅱ级粉煤灰粗、需水量偏大、实测密度大于规范要求值、未见明显玻璃珠体或无玻璃珠体，掺入到新拌混凝土中起不到微细骨料的内部填充、拌和物流动润滑作用；其活性指数较低，使用于新拌混凝土中起不到减少用水量、降低水胶比的作用；反而增大了混凝土拌和物用水量、导致表面及周边泌水泌浆产生、初始状态塌落度损失大，与水泥的水化产物二次反应程度低，影响混凝土的后期强度提高和耐久性能增强。
表4石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质粉煤灰对应性指标检测结果
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以上三种矿物掺和料经过样品的实际结果检测对比情况看，其各项性能指标检测结果一目了然，能够体现出材料的物理性能变化，从而利于分析其使用效果；石灰石粉相关检测指标接近Ⅱ级粉煤灰，且细度、需水量比、活性指数均优于Ⅱ级粉煤灰，说明在混凝土应用中后期强度的增长不比粉煤灰差，细度偏小有利于内部填隙、混凝土结构致密，需水量小有利于降低混凝土水胶比，增大混凝土拌和物流动性，有利于浇筑过程施工和强度增长、耐久性能提高。劣质粉煤灰检测指标值较石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰降低不少，由于相关指标偏高和降低导致应用在混凝土中造成混凝土需水量大,拌混凝土拌和物密度过大沉底、活性降低而造成混凝土后期强度增长缓慢，耐久性能降低，不利于而结构物实体形成和长久使用，给工程质量埋下一定隐患和缺陷，后期治理难度较大。
3.掺不同矿物掺和料新拌混凝土状态
⑴使用掺和料石灰石粉内掺和量至30%，代替混凝土混凝土配合比中的水泥使用量，拌制强度等级为C40标号的高性能混凝土进行试配。应用效果具体为，石灰石粉当做掺和料其使用减水剂为正常掺量1.0%，单方用水量较原配合比扣除比例1.6%，在降低用水量情况下，混凝土出机流动性好，坍落度满足要求，扩展度良好，经观察表面及周边未见泌水、泌浆现象，工作性能评价优良。由于掺和料石灰石粉的密度较小，能够悬浮于浆体中，混凝土拌和物浆体饱满、表面未见明显石子裸露现象、试验人员规范检测坍落度后未出现分层或崩坍现象、扩展度大、保塌性能优良，其使用效果和相关性能特点接近于掺配粉煤灰混凝土拌和物状态，经实际验证和判定掺和料石灰石粉可应用于配置大流动性和高性能混凝土。
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图1（掺和料石灰石粉掺量30%时配置的水泥混凝土优良工作性状态）
⑵Ⅱ级粉煤灰掺和量30%，代替水泥用量，拌制C40标号高性能混凝土。Ⅱ级粉煤灰使用减水剂正常掺量1.0%，单位用水量正常。出机流动性良好，未见明显泌水、泌浆现象、工作性能良好。粉煤灰指标均合格，玻璃体丰富、滚珠效应明显，新拌混凝土拌和物浆体饱满，保塌性能优良、坍落度和扩展度1小时损失较小，相关拌和物检测指标达标，适用于配置高性能混凝土。
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图2（Ⅱ级粉煤灰掺量30%时配置的水泥混凝土良好工作性状态）
⑶劣质粉煤灰掺和量30%，代替水泥用量，拌制C40标号高性能混凝土。当采用劣质粉煤灰时拌和出同样状态流动性良好混凝土时减水剂掺量需要提高至1.5%，用水量不变。由于劣质粉煤灰相关指标不合格，材料物理特性不良，导致出机流动性一般、泌水、泌浆现象明显、包裹性能差、工作性不好、且保塌性能较差，塌落度、扩展度损失明显、基本流动性丧失，相关拌和物检测指标达标，不适用当做矿物掺合料应用于高性能混凝土中。
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图3（劣质粉煤灰掺量30%时配置的水泥混凝土较差工作性状态）
4.掺不同矿物掺和料混凝土物理、力学性能指标对比
表5石灰石粉、Ⅱ级粉煤灰、劣质粉煤灰混凝土物理、力学性指标
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5.试验结果分析
石灰石粉在高性能混凝土应用中，相关原材料检测指标值几乎相近于Ⅱ级粉煤灰，劣质粉煤灰相关检测指标值差，在混凝土拌和物性能方面表现不良；石灰石粉配置混凝土拌和物性能优良，配置C40以下混凝土强度增加明显，不亚于使用Ⅱ级粉煤灰效果。
6.结论
(1)掺和料石灰石粉材料的主要组成成分是碳酸钙，与粉煤灰一样作为掺和料使用，即可以当做填充料使用，也能解决混凝土内部的结构疏松情况，其水化程度更好，通过严格的配合比应用把控和高标的施工控制要求，随着龄期的增长其强度增长明显，耐久性能不被降低。
因此，在现代高性能混凝土中用石灰石粉代替原掺和料粉煤灰，从综合技术情况分析、检测、对比，其效果良好，通过优化调整后综合性能可以满足混凝土的强度、耐久性、以及使用过程中需重点控制的工作性能，能够很好的发挥其材料优势。
(2)掺和料石灰石粉在高性能混凝土应用已从技术方面得到论证，能够代替粉煤灰材料作为新一代掺和料，日后会慢慢的在大型工程中大量使用，以解决目前市场上明显供应不足、到处掺假的粉煤灰替换，可以作为我国高速发展的基建工程混凝土中应用的一种新材料，其趋势越加明显。
(3)现实中掺和料石灰石粉在高性能混凝土应用中，必须掌握材料的特特有性质并合理利用，对于此种掺和材料在有效降低混凝土内部水化方面予以肯定，通过合理的掺量掺入混凝土中不会降低混凝土耐久性和最终强度增长，完成能够保证实体混凝土工程质量达标。
参考文献：
【1】肖紫薇 石灰石粉对混凝土的性能影响分析。建材发展导向 2017（2）196
【2】候云芬 石灰石粉和粉煤灰对混凝土强度和耐久性的影响。粉煤灰综合利用 2012（6）26-29
【3】曹双梅 石灰石粉在预拌混凝土中的应用研究。混凝土 2012（11）94-99
论文作者:王稳全
论文发表刊物:《基层建设》2019年第32期
论文发表时间:2020/4/14
标签：混凝土论文; 粉煤灰论文; 石灰石论文; 性能论文; 强度论文; 材料论文; 指标论文; 《基层建设》2019年第32期论文;