制备石大灰坝石碾粉压部混分凝替土代性粉能煤的灰研究*

（中建西部建设贵州有限公司，贵州 贵阳 550004）

随着我国城镇化、城市基础设施建设的大力发展，粉煤灰作为混凝土掺合料的需求日益增加。粉煤灰供应关系提示我们急需找到一种可替代粉煤灰的掺和料，其他掺和料及各种粉体材料在碾压混凝土中的研究应用受到了前所未有的重视。

石灰石粉是指石灰岩或其风化程度不大的砾石经破碎、粉磨加工后的小于 0.16mm 的细颗粒。将其作为掺和料在碾压混凝土中应用的重视程度也是前所未有的，现在石灰石粉已成为碾压混凝土胶凝体系中不可缺少的组成部分，机制砂中石粉含量的高低直接影响碾压混凝土拌和物性能[1-2]，石粉在一定范围掺量内具有改善粉料级配和微集料效应，明显改善新拌混凝土的工作性，对混凝土的凝结时间影响甚小；在掺量合理的范围内对提高混凝土的强度和抗渗性能有着积极的作用，并能减少水泥用量 30～50kg/m3，从水化热角度考虑，可以降低 3～5℃ 绝热温升，这对于控制温度应力、提高混凝土抗裂、抗渗性能非常有利。

在通过普定、汾河二库为代表等众多工程的碾压混凝土坝的实践中，人们对石灰石粉在碾压混凝土中应用的认识越来越清晰，当石粉含量为掺量 18% 时，很大程度上可以改善碾压混凝土拌和物工作性能，且掺量可进一步提高，0.075mm 以下的细石粉已成为现有掺和料的重要组成部分[3]。国外早些年就进行了大量研究，在日本的千屋坝工程中石粉的替代率高达 55%，取代粉煤灰用于制备碾压混凝土，其坝体各种工程指标均能满足设计要求[4]。

1 碾压混凝土性能试验

1.1 试验原材料

水泥（C）为 P·O42.5 普通硅酸盐水泥；减水剂为FDN 高效减水剂；引气剂为贵州三圣建材生产的 KDSF引气剂。水泥、粉煤灰（F）、骨料、减水剂、引气剂的品质均满足相应的规范与 DL/T 5112—2009《水工碾压混凝土施工规范》的要求，石灰石粉为石灰石破碎、粉磨加工而成。

石灰石粉（LP）的物理性能和化学指标分析试验结果如表 1 所示，水泥、粉煤灰和石粉的物理性能和化学分析结果如表 2 所示。

表1 石灰石粉物理性能与化学分析

表2 水泥和粉煤灰物理性能与化学分析

1.2 碾压混凝土配合比

以某工程碾压混凝土施工配合比为基础，本文共设计了 4 组碾压混凝土配合比，水胶比均为 0.50，(F+LP)总量为胶凝材料总量 (C+F+LP) 的 3/5，粗骨料级配粒径搭配：大石∶中石∶小石=35∶35∶30，减水剂和引气剂掺量分别为胶凝材料总量的 0.7% 和 0.045%。碾压混凝土配合比见表 3。碾压混凝土 VC值控制在 3～5s，含气量为 3.0%～3.5%，容重控制在 (2450±50)kg/m3。

表3 碾压混凝土试验配比

2 试验结果与分析

2.1 力学性能

不同掺量石灰石粉取代粉煤灰制备碾压混凝土试块的抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值、抗压弹性模量试验结果如表 4 所示。

表4 碾压混凝土力学性能测试结果

由表 4 可知：

（1）以石粉替代部分粉煤灰，抗压强度、劈拉强度、极限拉伸值变化随石灰石粉掺量的增加呈减小的趋势，抗压弹性模量变化不大。

（2）在 0.50 水胶固定的情况下，当取代比率小于40% 时，28d 龄期的抗压强度与单掺粉煤灰的混凝土较为接近，当比例大于 40% 时，随着龄期延长抗压强度逐渐降低。

2.2 自身体积变形

碾压混凝土自身体积变形试验结果如表 5 所示。

由表 5 数据可知，以石灰石粉取代粉煤灰，早期双掺和单掺粉煤灰对碾压混凝土自身体积变形影响不大，但 7d 龄期过后，掺入石灰石粉比单掺粉煤灰变形要大，且自身体积变形量随着石灰石粉的掺量在增加。

表5 碾压混凝土自身体积变形试验结果

2.3 绝热温升

碾压混凝土绝热温升试验结果如表 6 所示。

表6 碾压混凝土绝热温升试验结果

由表 6 可知，以石灰石粉部分取代替粉煤灰，在相同的情况下，1d 龄期的温升值已经开始增加，说明水化反应已经开始了，随着龄期增长绝热温升比单掺粉煤灰绝热温升值低，石灰石粉 28d 绝热温升值比粉煤灰低了 1.63℃。

2.4 耐久性

碾压混凝土 90d 抗渗、抗冻性能试验结果分别如表 7、表 8 所示，由试验结果可知，石灰石粉掺量在20%～40%、水胶比在 0.5 的情况下，石灰石粉的取代没有对碾压混凝土的抗渗、抗冻性能产生不利的影响，同时制备的混凝土还满足耐久性指标要求。

表7 碾压混凝土抗渗试验结果

表8 碾压混凝土抗冻试验结果

石灰石粉是一种可以改善碾压混凝土性能的功能性胶凝材料，石灰石粉对混凝土强度和微观结构、水化机理方面的影响已有大量的研究[5-7]。石灰石粉在两个方面（物理、化学）来作用胶凝材料体系，通过填充作用、异相成核作用和稀释作用等物理作用来参与作用，化学作用主要体现在石灰石粉可与普通硅酸盐水泥中的矿物组分铝酸三钙（C3A）、铁铝酸四钙（C4AF）反应生成水化碳铝酸钙[8-10]。石灰石粉可以填充水泥颗粒之间的空隙形成更加紧密的水泥颗粒体系，而且还可以作为晶核促进 Ca(OH)2生长，加快了水泥水化的作用[11]，从而改善水泥胶凝材料的胶结性能[12]。石灰石粉作为水泥辅助材料或混凝土掺和料使用可促进水泥浆体早期水化，提高早期强度，改善新拌混凝土拌合物的和易性，也能弥补粉煤灰早期水化速率缓慢、早期强度不足的缺点，可同时满足混凝土早期和长期耐久性性能的要求。

3 结语

粉煤灰化学作用机理是与水泥水化产物 Ca(OH)2发生二次水化反应，保证了混凝土后期强度稳定增长，同时由于粉煤灰叠合效应和“滚珠”效应，充分填充了混凝土的空隙和改善结构空隙，使大孔数量减少、细孔均匀分布。由此，可以考虑将其填充空隙作用、改善粉料级配作用将由其他粉体替代，应能达到改善工作性的目的。在不具备粉煤灰资源的地区修建大坝，或粉煤灰运输距离能作用到筑坝经济性的情况下.考虑采用加工方便、指标易控制的灰石粉作为碾压混凝土的掺和料代替部分粉煤灰，设计出满足施工要求、耐久性要求、经济实用的配合比，是完全可以做到的。