石灰石粉對混凝土的性能影響分析論文
摘要：在高中物理的學習中，我們接觸到了石灰石粉和石灰石粉混凝土，對其極為感興趣，特在校圖書館查閱了大量文獻資料，對此進行了相關(guān)總結(jié)。石灰石粉是石灰石在生產(chǎn)碎石和機制砂過程中產(chǎn)生的細粉，在混凝土的應用中，具有活性效應、加速水化效應、減水效應、顆粒形貌效應等特點，值得我們進一步學習和研究。
關(guān)鍵詞：石灰石粉；混凝土；活性；水化；減水；形態(tài)
石灰石粉是石灰石在生產(chǎn)碎石和機制砂過程中產(chǎn)生的細粉，粒徑為0.1-20um，比表面積為500～25000cm2/g，主要成分為氧化鎂1.02%、三氧化二鐵0.58%、三氧化二鋁0.43%、碳酸鈣90%、二氧化硅1.33%，其余量為6%。石灰石粉作為礦物摻合料因其粒徑較小，摻入混凝土中可以填充水化產(chǎn)物的孔隙，使得混凝土的孔隙率降低，混凝土孔結(jié)構(gòu)得以改進。由于它的分布比較廣，價格便宜，用于混凝土中可以提高混凝土的各項性能，已被廣泛地應用于國內(nèi)外各大工程中。將石灰石粉摻入混凝土中具有良好的特性，主要是因為石灰石粉顆粒較小和比表面積大，可以優(yōu)化水泥顆粒的級配，填充水泥顆粒之間的間隙。首先能夠起到潤滑骨料間粘結(jié)的作用，還又能夠降低水泥顆粒之間的間隙水，顆粒間的間隔水層也隨之變厚。從而，能夠增強新拌混凝土間的流動性。石灰石粉摻合料對混凝土作用歸納起來主要有加速水化效應、活性效應和顆粒形貌效應。
1石灰石粉的活性效應
在混凝土中加入石灰石粉，石灰石粉作用主要體現(xiàn)在以下方面：一是石灰石粉中的CaCO3與水泥熟料C3A的反應；二是石灰石粉中的CaCO3與水泥初次水化反應生成的CH的反應。國外學者研究了C3A熟料中分別摻0%、10%、20%和35%石灰石粉的混凝土。在混凝土齡期為28天后，不摻石灰石粉水化產(chǎn)物的XRD衍射圖譜發(fā)現(xiàn)：C3A熟料水化后，主要產(chǎn)物是Ca3A12O6·CaSO4·13H2O和3CaO·A12O3·Ca（OH）2·18H2O。添加石灰石粉之后，混凝土中的水化產(chǎn)物就產(chǎn)生了明顯的變化。另一方面，隨著石灰石粉添加量增大，3CaO·A12O3·Ca（OH）2·18H2O和Ca3A12O6·CaSO4-13H2O的衍射峰逐漸減弱。試驗結(jié)果說明添加石灰石粉不利于硫鋁酸鹽生成，而有利于碳鋁酸鹽生成。這主要是因為碳鋁酸鹽與硫鋁酸鹽相比起來更加穩(wěn)定。此外通過相關(guān)學者的觀察，發(fā)現(xiàn)混凝土的碳鋁酸鹽水化產(chǎn)物能夠跟其它的水化產(chǎn)物相搭接。進而降低了混凝土的孔隙率，導致水泥石的結(jié)構(gòu)的密實性更好，因此增強了水泥石的強度以及耐久性。
2加速水化效應
國外試驗表明，混凝土中摻入較少的碳酸鹽能延遲C3S水化。當碳酸鹽的用量增大時，C3S的水化速率顯著提升。這主要是因為膠凝材料中CO32-離子（含量相對低）可以跟Ca2+離子（由C3S水化產(chǎn)生）形成無定型CO32-薄膜層。此薄膜層可覆蓋在C3S的單礦上，使C3S單礦表面薄膜層變的相對較厚，阻止C3S不能與大量水分子充分接觸，影響C3S不能很好的水化。當膠凝材料中碳酸鹽含量相對增大時，會導致材料中Ca2+離子相對不足，而碳酸鹽離子相對過高。與此同時，還會導致液相中的可溶性HCO3-離子沖破覆蓋薄膜從而導致水化加速。混凝土試驗中的石灰石粉的摻量（不小于10%）通常較高，這樣會引起混凝土的水化效應增快，此試驗已經(jīng)被驗證。
3石灰石粉的減水效應
混凝土拌合物中除了水泥水化需要的水外，含有較多多余的水，這是造成混凝土許多問題的重要根源。在混凝土中存在較多拌合水主要原因是：首先，混凝土中各摻料顆粒粒徑分布、顆粒堆積效應及空隙是影響混凝土拌合物需水量和工作性的主要因素。通常，混凝土骨料、水泥及礦物摻合料粒徑分布不可能處于最佳狀態(tài)。為了達到施工及混凝土工作性能的要求，且混凝土技術(shù)一定的.條件下，必須提高水灰比。其次，由于硅酸鹽水泥粒表面的電極吸附的作用，水泥漿容易形成絮凝結(jié)構(gòu)。為了使混凝土的和易性滿足要求，在混凝土需要的水要比水泥水化所需的水多的多。在砂漿和混凝土中，石灰石粉取代部分水泥后，在和易性一定的條件下，可以減小水灰比。理由是：第一，在帶負電的水泥顆粒表面可以吸附石灰石粉，抑制水泥漿體絮凝結(jié)構(gòu)的形成，可以將水泥顆粒有效分散，釋放出大量的自由水。這意味著可以用較少的水量達到相同的和易性。第二，由于石灰石粉摻合料顆粒粒徑較小和表面光滑。在混凝土強度不變時，有利于減小混凝土拌合物中顆粒表面的內(nèi)摩擦力，從而提高混凝土的流動性。第三，固體系統(tǒng)的顆粒堆積效應可以在滿足和易性的前提下降低水泥用量。需要注意的是，硅酸鹽水泥和石灰石粉顆粒大多處于1-45um之間，能有效填充骨料間的空隙。通常情況下，由于石灰石粉粒徑較小，石灰石粉比硅酸鹽水泥能更有效地填充砂漿和混凝土的間隙。
4石灰石粉的顆粒形貌效應
填充效應和形態(tài)效應是石灰石粉顆粒形貌效應的大致分類。在混凝土中摻入石灰石粉，水泥顆粒之間分散著表面光滑的石灰石粉顆粒，使水泥顆粒間距增大，促使水泥顆粒的解絮并與水接觸面積增大，提高了水泥的水化反應。同時，如果石灰石粉使用的量過多，那樣水泥的用量將減少，這樣在水化熱的過程中熱量也將降低，同時，由于石灰石粉的加入，不但改善了混凝土的工作性能，而且也降低了坍落度損失。另有試驗證明：水泥用量一定時，隨著單位體積石灰石粉含量的增加，需要加入的水的用量卻沒有明顯的增加，混凝土的反應速度也沒有明顯的降低，而且混凝土的坍落度變化也不明顯。由于超細石灰石粉顆粒的粒徑小于水泥顆粒的粒徑，使得膠凝材料的顆粒級配得以改善，隨著水化產(chǎn)物填充在骨料空隙中，界面結(jié)構(gòu)孔隙率降低，從而提高了混凝土強度。
參考文獻
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