磨细石灰石粉与磷矿粉复合对混凝土性能的影响

武斌，赵劲松，宋军超，罗鑫

（深圳港创建材股份有限公司，广东 深圳 518052）

磨细石灰石粉与磷矿粉复合对混凝土性能的影响

武斌，赵劲松，宋军超，罗鑫

（深圳港创建材股份有限公司，广东 深圳 518052）

本文研究由磨细石灰石粉和磷矿粉按不同比例组成的复合掺合料的活性指数及对不同强度等级的混凝土的抗压强度的影响，结果表明：复合掺合料的最佳比例为磷矿粉∶磨细石灰石粉＝4:6，且该最佳组合复合掺合料取代粉煤灰时的最佳掺量为 50%。

磨细石灰石粉；磷矿粉；活性指数；抗压强度

0 前言

随着混凝土技术的发展，矿物掺合料已成为混凝土中不可或缺的组分，其形貌效应、火山灰效应及微集料效应不仅可改善混凝土的工作性能，还可降低混凝土的早期水化热，提高混凝土的后期强度即耐久性能[1]。目前国内应用较多的矿物掺合料主要为粉煤灰、矿渣粉、硅灰、偏高岭土、煅烧煤矸石粉、钢渣微粉、铁尾矿细粉等[2]。近年来随着人们环保意识的增强、国家政策的转变以及工程建设规模不断扩大，部分地区逐渐面临了粉煤灰和矿粉的紧缺问题，不良商家在利益的驱动下，向粉煤灰和矿粉中掺入大量的不明来源工业废渣，导致粉煤灰和矿粉的质量波动大[3]。这迫使部分地区必须尽快找到一种容易获取、且质优价廉的新型矿物掺合料来取代传统的矿物掺合料。

石灰石在我国有丰富的储量，许多研究表明，当石灰石粉粉磨至足够细且掺量适当时，磨细石粉通过分散效应和微晶核效应等，使混凝土具有增塑、保塑和减水作用，促进水泥水化，但会缩短混凝土的凝结时间[4]。磷渣粉的主要化学组成是 SiO2和 CaO，还含有少量的 MgO、Al2O3、Fe2O3等，因此，磷渣粉也属于具有火山灰活性的材料，且活性较高，但磷渣粉中的磷、氟等有害杂质含量高引起的混凝土早期强度低及凝结时间长问题，使其掺量受到一定的限制。住建部已于 2016年4月1日起实施 JG/T 486—2015《混凝土用复合掺合料》，因此将磨细石灰石粉和磷矿粉复合组成复合掺合料取代传统常用掺合料，是矿物掺合料发展的趋势之一，也是解决目前局部地区资源供给困难、提升矿物掺合料利用水平的有效措施[5]。

1 原材料与试验方法

1.1 试验原材料

（1）水泥：广西贵港台泥 P·O42.5 水泥，具体物理性能指标见表1。

表1 水泥物理性能指标

（2）粉煤灰：深圳妈湾电厂 Ⅱ 级粉煤灰，细度22.6%，需水量比 98%，烧失量 1.4%，活性指数 72%。

（3）磷矿粉：贵州白马地区所产磷矿粉，比表面积450kg/m3， 28d 活性指数 85%，流动度比 84%。

（4）磨细石灰石粉：贵阳龙里地区石灰石粉，比表面积500kg/m3，28d 活性指数 64%，流动度比 94%。

（5）砂子：东莞中砂，细度模数 2.6，含泥量 1.3%。

（6）石子：深圳蛇口 5～25mm 碎石，含泥量 0.5%，针片状含量 5.3%。

（7）减水剂：安徽中铁四威聚羧酸系高性能减水剂，减水率 25.6%。

2 试验结果及分析

2.1 磨细石灰石粉与磷矿粉组成比例对复合掺合料活性指数的影响

以比表面积分别为 450kg/m3的磷矿粉和 500kg/m3的磨细石灰石粉组成复合掺合料，分别按磷矿粉∶磨细石灰石粉为90:10、80:20、70:30、60:40、50:50、40:60、30:70、20:80、10:90 的比例并依次编名为 F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7、F8 和 F9 复合掺合料，活性试验结果见图 1。

图 1 不同复合掺合料的活性指数

从图 1 中可看出复合掺合料的活性指数总体呈随着复合掺合料中磨细石灰石粉比例增大而降低的趋势，这主要是因为磷矿粉的活性指数比石灰石粉活性指数高。从图中还可看出，复合掺合料比例从 F6 到 F7 时，复合掺合料的活性指数下降幅度最为剧烈，且低于了普通Ⅱ级粉煤灰的活性指数。这可能是因为当磷矿粉在复合掺合料中所占的比例小于 40%后，由较粗的磷矿粉和较细的石灰石粉组成的复合胶凝体系的颗粒粒度分布不良，减弱了复合掺合料在水泥颗粒间的超叠加效应，因而使复合掺合料的活性指数大幅下降。因此从复合掺合料成本和性能上综合考虑，后续试验选定复合掺合料最佳比例为磷矿粉∶石灰石粉为 4:6，即 F6。

2.2 复合掺合料掺量对不同强度等级混凝土性能的影响

复合掺合料掺量对不同强度等级混凝土工作性能和力学性能的影响见表2。

表2 试验结果

从表2 中可以看出，由磷矿粉∶石灰石粉为 4:6（即F6）组成复合掺合料取代粉煤灰时，复合掺合料的取代量对不同等级混凝土的初始工作性能影响不大；对于以 C30 为代表的中等强度混凝土而言，当取代量超过 30% 时，还会降低混凝土的经时损失，而对于以 C50 为代表的高强度混凝土而言，取代量的变化对经时损失无影响。这表明从工作性能角度，用复合掺合料代替粉煤灰是完全可行的。

由磷矿粉∶石灰石粉为 4:6（即 F6）组成的复合掺合料取代粉煤灰时，复合掺合料掺量在 50% 以内对 C30 和 C50 混凝土 7d和 28d 抗压强度影响都较小，掺量超过 50% 以后，C30 和C50 混凝土的 7d 和 28d 抗压强度都会降幅较大，且C50 降幅大于 C30。这表明虽然复合掺合料的活性指数与普通Ⅱ级粉煤灰相当，但当复合掺合料掺量超过 50% 以后，由水泥、粉煤灰及复合掺合料组成的胶凝体系颗粒级配逐渐变差，当复合掺合料取代粉煤灰量为 100% 时，胶凝体系仅为水泥和更细的复合掺合料，这种颗粒级配组成更为不合理，因此抗压强度最差。

3 结论

（1）复合掺合料的活性指数总体随着复合掺合料中磨细石灰石粉比例增大而降低，从复合掺合料成本和性能上综合考虑，复合掺合料最佳比例为磷矿粉∶石灰石粉为 4:6。

（2）由磷矿粉∶石灰石粉为 4:6 组成的复合掺合料取代粉煤灰时，最佳掺量为 50%。

[1] 陈益民，贺行洋，李永鑫，等．矿物掺合料研究进展及存在的问题[J]．材料导报，2006，20(08): 28-31．

[2] 马悦．常用矿物掺合料对水泥基材料的性能影响研究[D].合肥：安徽建筑大学，2015．

[3] 赵世冉，孟刚，刘超．采用磨细石灰石粉生产混凝土的试验研究[J]．商品混凝土，2015(12): 53-55．

[4] 肖斐，崔洪涛，陈剑雄等．超磨细石灰石粉高强混凝土的研究[J]．硅酸盐通报，2010，29(06): 1304-1307．

[5] 特别策划：混凝土掺合料的复合方法探讨[J]．商品混凝土，2016(02): 1-7．

［通讯地址］深圳港创建材股份有限公司发展研究中心（518052）

Effect of the mixture of fine limestone powder and phosphate rock powder on concrete performance

Wu Bin, Zhao Jinsong, Song Junchao, Luo Xin
(Shenzhen Gangchuang Building Material Limited Company, Guangdong Shenzhen 518052)

This research mixed fine limestone powder and phosphate rock powder with different ratio, then studied on its activity index, and the effect of mixture on concrete compression strength. The results showed that, the optimum proportion of phosphate rock powder and fine limestone powder is 4:6, and under this proportion, the optimun dosage of the mixture instead of fly-ash is 50%.

fine limestone powder; phosphate rock powder; activity index; compression strength

武斌（1989—），男，湖南怀化人，侗族，硕士，主要从事建筑材料研究。