聶虎，汪彬，徐文

（1.湖北藍海混凝土有限公司，湖北　武漢 430200；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇　南京　210008）

超細石灰石粉高強自密實混凝土的制備

聶虎1，汪彬2，徐文2

（1.湖北藍?；炷劣邢薰?，湖北武漢 430200；2.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇南京210008）

將 1800 目超細石灰石粉等量取代膠凝材料應用于 C60 高強自密實混凝土制備，試驗研究了其摻量對混凝土工作性能、力學性能和自生體積變形的影響。試驗結果表明：超細石灰石粉的摻入不超過 10% 可以顯著改善自密實混凝土工作性，而對長期抗壓強度幾乎沒有不利影響，同時其可以有效降低混凝土自生體積變形，抑制收縮開裂風險。

超細石灰石粉；工作性；收縮開裂；水化熱；高強自密實混凝土

0　引言

在水泥基材料中將石灰石粉作為一種礦物填料的研究與應用已有超過三十年的歷史。形式上包括：將石灰石粉摻入水泥配制所謂石灰石硅酸鹽水泥，摻量從6%～20%不等；在砂漿和混凝土中直接摻入一定量的石灰石粉取代水泥作為填料，摻量可超過 35%。在此基礎上，完成了眾多的研究成果、相關標準和應用實例[1-2]。一般認為，石灰石粉并不完全是惰性礦物摻合料，它在水泥基材料中的摻入不僅降低了造價成本，減小了水化熱，提高了資源利用率，而且促進了C3S的水化，改善了水泥基材料的力學性能，尤其是提高了早期強度；同時，在適宜的摻量下等量取代水泥時，因其形態(tài)良好帶來的“滾珠”效應和對水泥水化過程中形成的“絮凝結構”的解絮作用，還顯著優(yōu)化了水泥基材料的工作性能，提高了流動性，降低了經時損失，這一改善作用隨著石灰石粉顆粒細度的提高而越來越顯著[3-4]。

正是由于這些性能，近年來，石灰石粉被越來越多地應用于混凝土中，尤其是作為混凝土未來重要發(fā)展方向之一、具備優(yōu)異工作性能的自密實混凝土[5]。為進一步探討石灰石粉在高強自密實混凝土中應用的可行性，基于改善流變、降低拌合物粘度的考慮，選用了比表面積遠大于水泥的超細石灰石粉，試驗研究了使用其配制的 C60 高強自密實混凝土工作性能和力學性能，并從自收縮的角度研究了其對混凝土變形開裂的影響。

1　原材料與試驗實施方案

1.1原材料

水泥： P?O 52.5 水泥，標準稠度用水量 26.2%，細度3.2%；粉煤灰：II 級干排粉煤灰，細度 14.5%，需水量比103%；石灰石粉市售，表觀密度 2780kg/m3，細度 1800 目，比表面積 1850m2/kg。外加劑： PCA 高性能減水劑，復合了減水、保坍、增稠及引氣、消泡等組分，適用于配制自密實混凝土，總體性能滿足現(xiàn)行國標 GB 8076－2008《混凝土外加劑》的要求；細集料：天然河砂，表觀密度為 2630kg/m3，細度模數(shù)為 2.7；粗集料：粒徑為 5～16 mm 的連續(xù)級配玄武巖碎石。

1.2試驗實施方案

自密實混凝土攪拌過程中的加料順序參考 CECS 203－2006《自密實混凝土應用技術規(guī)程》的相關規(guī)定，即先投入細集料、水泥及摻合料攪拌 20s 后，再投入 2/3 的用水量和粗集料攪拌 30s 以上，然后加入剩余水量和外加劑攪拌 30s 以上。當在冬季施工時，應先投入集料和全部凈用水量攪拌 30s以上，然后再投入膠凝材料攪拌 30s 以上，最后加外加劑攪拌 45s 以上。混凝土試驗配合比如表 1 所示，超細石灰石粉采用內摻方式，分別等量替代膠凝材料 5%、10%、15% 和20%。

出料后，立即進行自密實混凝土拌合物含氣量、擴展度、T50 流動時間、V 型漏斗流出時間以及 U 型儀填充高度試驗，并成型150mm×150mm×150mm立方體抗壓強度試件和在端部預埋入銅頭的100 mm×100 mm×400 mm棱柱體試件。立方體試件采用標準養(yǎng)護，測試其 3d、7d 和 28d 強度。棱柱體試件自然養(yǎng)護 1d 后拆模，使用保鮮膜和鋁箔完全絕濕密封后，架設千分表在 20℃ 環(huán)境條件下測試其 28d 自生體積變形發(fā)展情況。

表1　混凝土試驗配合比 kg/m3

2　試驗結果與討論

2.1超細石灰石粉對高強自密實混凝土工作性能的影響

依據(jù)如表 1 所示 C60 自密實混凝土配合比，膠凝材料總量（包括超細石灰石粉）515kg/m3，水膠比 0.32，砂率46%，超細石灰石粉取代膠凝材料總量分別為 0、5%、10%、15% 和 20%?；谠撆浜媳鹊玫降淖悦軐嵒炷凉ぷ餍阅茉囼灲Y果如表 2 所示。在試驗選取的摻量范圍內，隨著超細石灰石粉摻量的增加，自密實混凝土擴展度增大，粘度降低，流動速度增加，工作性能不斷改善；但摻量超過 15% 后，拌合物粘聚性開始變差，體系離析傾向有所加劇，反映為 U 型儀和 V 型漏斗通過難度提高，U 型儀填充高度下降，V 型漏斗通過時間延長，反而不利于自密實混凝土的和易性。

超細石灰石粉的摻入可以改善水泥顆粒粒徑分布，填充水泥顆粒間空隙，使得拌合時更多的自由水被釋放出來；同時石灰石粉顆粒因其良好的形貌效應，在水泥顆粒間可以起到“滾珠”作用，優(yōu)化了拌合物的流變性能。超細石灰石粉的摻入還促進了水泥顆粒對超塑化劑的吸附，并且可以降低體系中 C3A、C4AF 以及可溶性堿的相對含量，提高水泥和超塑化劑的相容性，改善拌合物的流變性能[6]。但當其摻量過高時，往往會由于自由水過多釋放，帶來泌水、包裹性下降等問題，因此，超細石灰石粉在水泥基材料中的摻加應適量。

表2　超細石灰石粉摻量對自密實混凝土性能的影響

2.2超細石灰石粉對高強自密實混凝土力學性能的影響

抗壓強度是衡量混凝土力學性能、確定其強度等級的最基本的指標，關于不同超細石灰石粉摻量下自密實混凝土抗壓強度的試驗結果如表 3 所示。當摻量不超過 10% 時，摻加了超細石灰石粉的 C60 自密實混凝土抗壓強度早期略有降低，但隨著養(yǎng)護齡期的延長，28d 值與基準幾乎持平；而摻量超過 10% 后，不同齡期的超細石灰石粉自密實混凝土抗壓強度均有一定幅度的降低，且隨著摻量的增加這一幅度有所增大。

有研究表明，石灰石粉具有一定的活性，主要體現(xiàn)在以下三個方面：① 與水泥水化產生的 Ca(OH)2發(fā)生反應生成堿式碳酸鈣；② 與水泥中的 C3A 和 C4AF 等鋁相反應生成水化碳鋁酸鈣；③ 促進 C3S 水化[7]。此外，超細石灰石粉摻入混凝土后，由于其顆粒細小，可以填充水泥漿體孔隙，起到進一步密實的作用，這對混凝土強度也有一定的貢獻。當超細石灰石粉摻量較低時，其對混凝土強度影響較小，而摻量較高時，由于其水化活性遠低于水泥等膠凝材料，內摻情況下最終還是會對強度產生不利影響。

2.3超細石灰石粉對高強自密實混凝土自生體積變形的影響

高強自密實混凝土一般用于配筋密集的異形構件或鋼管混凝土等結構，由于其強度等級較高且外部約束較強，往往存在收縮開裂情況較為嚴重的問題。研究表明，高強混凝土自收縮占其早期收縮變形比例最大，是開裂的主要誘因[8]。試驗研究了不同摻量超細石灰石粉對高強自密實混凝土早期自收縮的影響，試驗結果如圖1所示。在試驗選取的摻量范圍內，隨著超細石灰石粉摻量的增加，自密實混凝土不同齡期自生體積變形均有所降低，以 28d 值為例，5%、10%、15%和 20% 超細石灰石粉摻量下，自密實混凝土自收縮分別降低了 4%、9%、13% 和 17%。這可能與石灰石粉活性相對水泥、粉煤灰等膠凝材料較低有關，其等量取代膠凝材料后，養(yǎng)護過程中，絕大多數(shù)顆粒并未水化，而是以惰性填料形式存在于水泥漿體中，體積不發(fā)生變化，因此宏觀上表現(xiàn)為自密實混凝土收縮降低。

圖1　超細石灰石粉摻量對自密實混凝土自生體積變形的影響

3　結論

（1）超細石灰石粉因其尺寸效應、顆粒形貌效應，以及促進減水劑吸附效應等，適量的摻入可以改善高強自密實混凝土和易性，降低其屈服應力和塑性粘度。

（2）超細石灰石粉等量取代膠凝材料制備高強自密實混凝土時，較低的摻量下對混凝土抗壓強度影響不大，但摻量較高時，有不利作用。

（3）超細石灰石粉等量取代膠凝材料可以降低高強自密實混凝土早期自生體積變形，隨著摻量的增加，這一作用愈發(fā)明顯，因此，其對于抑制自密實混凝土早期收縮開裂是有利的。

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［通訊地址］武漢市江夏區(qū)廟山開發(fā)區(qū)陽光大道湖北藍?；炷劣邢薰荆?30200）

Preparation of high strength self-consolidating concrete with ultra-fine limestone powder

Nie Hu1, Wang Bin2, Xu Wen2
(1. Hubei Lanhai concrete Co., Ltd., Wuhan430200, China; 2. Jiangsu Subote new materials Co., Ltd., Nanjing 211103, China)

An experimental research was carried out to evaluate the effect of the addition of 1800 mesh ultra-fine limestone powder on the workability, mechanical property and autogenous shrinkage of C60 high strength self-consolidating concrete (SCC) in this paper. The results indicated that the addition of no more than 10% ultra-fine limestone powder can improve the workability of SCC observably and have no adverse effects on its compressive strength. Meanwhile, the ultra-fine limestone powder reduced the autogenous shrinkage effectively and restrained the shrinkage cracking risk of SCC.

ultra-fine limestone powder, workability, shrinkage cracking, hydration heat, high strength self-consolidating concrete

聶虎（1978—），男，工程師，從事混凝土生產質量管理工作。