阎培渝：用于水泥和混凝土的石灰石粉

　　为进一步促进我国水泥和混凝土企业对石灰石粉的研究与应用，中国混凝土与水泥制品协会于2013年6月22日在广西南宁组织召开了全国石灰石粉在水泥与混凝土中应用技术研讨会，会议由中国混凝土与水泥制品协会主办，北京中宇砼鑫科技发展有限公司承办，山东众森科技股份有限公司协办。会议邀请到多位行业专家介绍石灰石粉在水泥与混凝土中应用技术研究情况，清华大学阎培渝教授做《水泥和混凝土的石灰石粉》为主题的报告。

　　清华大学阎培渝教授详细介绍了石灰石粉在水泥和混凝土的应用情况，他先介绍了欧洲水泥中石灰石粉标准 ENV-197，标准中有硅酸盐石灰石粉水泥CEM-II-L，这项标准中又有两种情况，CEM-II-L(A): 石灰石粉掺量5-20%的规定；CEM-II-L(B): 石灰石粉掺量21-35%。这个标准在欧洲有，但是实际生产应用，可以忽略。而在我国《通用水泥》（GB175）标准中，有如下图详细说明：

　　通用硅酸盐水泥组成
　　目前，通用硅酸盐水泥组成材料分为：活性混合材料（粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料）、 非活性混合材料（活性指标低于标准要求的粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的Al₂O₃含量应不大于2.5%）、窑灰、助磨剂（水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量应不大于水泥质量的0.5%）。
　　在普通硅酸盐水泥中掺加的活性混合材料中，允许用不超过水泥质量8%的非活性混合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替；在矿渣硅酸盐水泥中允许用不超过水泥质量8%的活性混合材料、非活性混合材料或窑灰中的任一种材料代替矿渣；复合硅酸盐水泥的混合材为由两种（含）以上活性混合材料或/和非活性混合材料组成，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣硅酸盐水泥重复。
　　水泥最佳颗粒级配为：3～32μｍ颗粒对砂浆强度增长起主要作用，其间粒度分布应是连续的，总量不低于65 ％ 。小于3μｍ的细颗粒，易结团，不要超过10％；粒径1μｍ以下的小颗粒，在加水拌和过程中就水化了，对砂浆强度作用很小，反而造成砂浆较大收缩。大于65μｍ 的颗粒活性很小，这两部分颗粒最好没有。

[Page]

　　石灰石粉
　　石灰石粉是惰性混合材，质软，易磨细。在水泥粉体中处于颗粒粒度分布曲线上最细的一端，可以改善颗粒级配。在配制需要高粉体含量的混凝土时，如自密实混凝土，可使用石灰石粉。国外在配制自密实混凝土时掺入大量石灰石粉，掺量最高达到300kg/m³。掺入石灰石粉可以增加浆体含量，改善黏聚性，提高泵送性能。在我国许多水电工程中均采用了石粉取代部分细骨料，取得了良好的效果。石粉在一定掺量范围内具有微集料效应，能改善新拌混凝土的和易性，对混凝土的凝结时间几乎没有影响。在我国许多水电工程中，采用了石灰石粉作为矿物掺合料。龙滩水电站中采用石粉取代25%的粉煤灰，共同作为混凝土掺合料，对碾压混凝土的VC值影响不大，不影响其抗压强度、劈拉强度和抗渗性能。可以降低混凝土的绝热温升3~5℃，这对于减小温度应力，提高混凝土抗裂能力非常有利。
　　水泥、粉煤灰和石灰石粉三元复合胶凝材料
　　中国水电科学院陈恺新在国家三科一新的研究支持下面，研究了水泥、粉煤灰和石灰石粉三元复合胶凝材料。陈恺新认为水泥、粉煤灰和石粉三者颗粒间发生可以发生一种“填充效应”，颗粒间的空隙减小，使空隙水减少，自由水增加，则浆体的流变性增大。PO硅酸盐水泥34%、磨细锰铁矿渣23%和石灰石粉43%组成的三元复合胶凝材料用于水电站工程上有很好的效果。
　　北京恒坤混凝土公司曾试验用超细石灰石粉配制混凝土，用水量仅130kg/m3，28天强度可达50MPa。后期试验没有持续，其原因不详。现在北京没有实际工程使用。
　　国内在PC32.5复合硅酸盐水泥中掺加石灰石粉，最高掺量可达20%。而且这种情况下水泥的品质较差，不能用于钢筋混凝土结构，只用于抹灰砂浆等非结构用途。如果掺量超过22%，则砂浆粘附性能很差。曾有人向京沪高铁工程推荐使用石灰石粉，号称能提高早期强度，缩短拆模时间。曾做过一根实验梁，但真正实验梁是由矿渣粉与石灰石粉的混合物，最终没有实际使用。

　　上图是自己磨的石灰石粉的颗粒，这个颗粒看出来石灰石粉的颗粒非常细，与水泥、粉媒灰相比较它的颗粒粒度也是非常细。

　　石灰石粉的粒度分布

　　石灰石粉的粒度分布

　　石灰石粉掺量与胶砂试件抗压强度的关系

[Page]

　　石灰石粉掺量与胶砂试件抗折强度的关系

　　石灰石粉掺量对胶砂试件比强度的影响

　　从上图可以看出，适量的掺加石灰石粉对胶砂试件比强度的影响不大，这也从另外层面反映了现在水泥中适量的掺加石灰石粉是可行的。也就是说100%的水泥孰料加10%的石灰石粉，相当于在PO水泥中加8%的非活性复合材。
　　石灰石粉的作用
　　石灰石粉具有如下作用：填充作用--使浆体结构密实；稀释作用--加速水泥的水化，提高水泥的水化程度；化学反应--生成碳铝酸盐。
　　阎培渝表示，在谈到石灰石粉时，大家都很关注碳硫硅钙石 Thaumasite的反映，会不会破坏混凝土的机理反映。碳硫硅钙石最早在欧洲被发现。而且它只在低温（<15℃）环境中生成。它的分子式：[Ca₃Si(OH)6·12H₂O](SO4)(CO₃)。它具有类似于钙矾石的结构，可与钙矾石形成有限固溶体。现有研究证明，在有CaCO3微粉存在时，碳硫硅钙石可很快生成，但必须有钙矾石预先生成，作为晶核，促使其形核结晶。

　　硫酸盐侵蚀与碳化共同作用下，可生成碳硫硅钙石。这会导致CSH凝胶分解，使硬化浆体失去胶凝性，造成严重后果。由于这种破坏作用是针对水泥的水化硅酸盐相，而不是水化铝相，因此抗硫酸盐水泥也没有保护作用。在我国目前有文献报道过的的碳硫硅酸盐破坏实例，如：黄河八盘峡水库大坝廊道：有大量渗水，胶凝材料成为稀泥状。修补后很快再次损坏。新疆永安水库大坝廊道：有大量渗水，胶凝材料成为稀泥状。建成后一年即损坏。
　　结论：
　　最后，阎培渝强调，目前，在我国除了在水电工程的低强度大体积混凝土结构中成功使用外，在我国房屋建设、铁路、公路、水运等领域没有成功使用石灰石粉的案例。对于含有石灰石粉的混凝土的耐久性没有全面研究，缺乏经验。含有石灰石粉的混凝土的配合比设计没有理论指导。要慎重推广石灰石粉。现在不宜盲目上石灰石粉生产线。不必专门编制“用于水泥生产的惰性混合材”标准。

本文根据录音整理  未经本人审阅