基于磨细石灰石粉的混凝土试验研究

彭孟啟 杨根宏

（深圳市为海建材有限公司，广东 深圳 518114）

1 引言

近年来随着商品混凝土行业的快速发展，对混凝土性能的要求也逐渐多样化，在要求混凝土具有良好的工作性能，较高的强度和耐久性的同时，还要求混凝土行业降低能耗，提高工业废渣的利用率，走绿色高性能混凝土的发展道路[1～2]。

当前商品混凝土行业，主要采用使用矿渣和粉煤灰作为掺合料以降低水泥用量、改善混凝土性能[3～4]。在以往的研究中较多注重掺合料的活性而忽略了粉体材料的颗粒级配。这样配置成的混凝土由于其颗粒级配分布不合理，填充效率低下，所形成的混凝土内部孔隙率较大。而通过往混凝土中加入微细填料，可以改善混凝土粉体材料的颗粒级配，提高混凝土的密实性[5～7]。

由于石灰石易于磨细，以生产石灰石骨料时产生的石屑粉为原料，通过进一步粉磨制成粒径不大于10μm的细粉，可以较好的改善混凝土的级配，降低混凝土的孔隙率。本试验采用正交试验研究了C30～C50强度范围内使用磨细石灰石粉对混凝土性能的影响。

2 试验原材料与试验方案

2.1 试验原材料

1）水 泥：光 大P·O42.5R水 泥，3d抗 折 强 度5.7MPa，抗压强度28.5MPa；28d抗折强度7.7MPa，抗压强度48.5MPa。

2）细骨料：惠州产中砂，细度模数2.7，含泥量0.9%。

3）粗骨料：筛分洗净，级配5mm-10mm、10mm-20mm。

4）矿物掺合料：粉煤灰Ⅱ级，细度20.5%，含水率0.8%；矿粉S95，28d活性指数≥95%。

5）外加剂：巴斯夫415聚羧酸减水剂（含固量55%）。

6）磨细石灰石粉：比表面积700m2/kg。

7）水：自来水，符合JGJ 63-2006《混凝土用水标准》要求。

2.2 试验方案

试验采用正交设计方法，选择四个正交因素：水胶比、矿粉掺量、粉煤灰掺量、磨细石灰石粉掺量，每个因素选择四个水平，选择L16（45）正交表进行试验，其表头如表1所示。本试验砂率43%，（5-10）mm石40%，（10-20）mm石60%，外加剂掺量0.38%，扩展度按（550±50）mm控制。

表1 正交试验因素水平表

3 试验结果与分析讨论

3.1 试验结果

试验结果如表2所示。

3.2 磨细石灰石粉掺量对混凝土用水量的影响

磨细石灰石粉在混凝土中主要作用是通过优化混凝土在粉体范围内的级配来提高工作性。图1是磨细石灰石粉掺量与混凝土水胶比的关系图，从图中可以看出，磨细石灰石粉有一定的减水作用，但是由于磨细石灰石粉由于本身较粗，填充效应有限，因此减水效果并不明显。

3.3 各因素对混凝土抗压强度的影响

采用极差分析研究各因素对混凝土7d、28d、90d抗压强度的影响，结果如表3所示。

表2 试验结果

图1 磨细石灰石粉掺量与用水量的关系

图2 磨细石灰石粉掺量与对混凝土强度影响曲线

从方差分析看，水胶比和粉煤灰对混凝土7d抗压强度有显著影响，石粉对混凝土7d抗压强度有一定影响。水胶比对混凝土28d抗压强度显著影响，粉煤灰对混凝土28d抗压强度有一定影响。一方面由于各种掺合料对混凝土强度的影响有限，另一方面，混凝土抗压试验本身也存在一定的误差，因此从数据分析上来看，矿渣、粉煤灰、石粉对混凝土28d抗压强度的影响并不显著。水胶比是影响混凝土90d抗压强度的主要因素，石粉掺量对混凝土90d抗压强度有一定的影响。这说明，随着龄期的增长，粉煤灰和矿粉的强度活性逐渐发挥出来，掺量大小对混凝土强度的影响逐渐变小。

表3 正交试验方差分析结果

3.4 磨细石灰石粉掺量与对混凝土抗压强度影响

以磨细石灰石粉掺量为基准，绘制磨细石灰石粉掺量对混凝土抗压强度的影响曲线，如图2所示，掺入少量的磨细石灰石粉对混凝土的强度没有负面影响，但是随着掺量的增加，混凝土强度逐渐降低，尤其是在10%掺量以上，强度急剧下降。

3.5 掺磨细石灰石粉混凝土成本分析

由上述试验结果分析，在控制混凝土工作性能不变的前提下，考虑到磨细石灰石粉掺量在10%范围内对混凝土强度影响不大，在矿粉、粉煤灰掺量相同的情况下，额外掺入10%的磨细石灰石灰石粉，改善粉体颗粒级配，减少水泥用量。按照当前胶凝材料市场价格：水泥520元/吨、矿粉410元/吨、粉煤灰210元/吨、磨细石灰石粉125元/吨计算，掺入10%的磨细石灰石粉，C30-C50混凝土单方成本可降低15-23元，具有较大的经济效益。

4 结论

1）在C30-C50的强度范围内磨细石灰石粉在10%掺量时等量取代水泥，能降低混凝土单位用水量3～5kg，同时对混凝土7d抗压强度、28d抗压强度、90d抗压强度影响较小。

2）在不影响混凝土性能的前提下，掺入10%的磨细石灰石粉，C30-C50混凝土单方成本可降低15-23元，具有较大的经济效益。