探討石灰石粉對混凝土性能影響的試驗

施小劍 玉林市匯港混凝土有限公司

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料性能

本實驗中所采用的的水泥原料為P.O 42.5 級硅酸鹽水泥，這也是市面上最常見的水泥品種之一，其各項物理性能如表1所示。粗骨料選用的碎石大小在5mm～25mm之間，壓碎指標為5%，密度為1.83g/cm3。粗骨料中還含有泥沙和針片狀，其含量分別在0.44%、3.6%左右。細骨料使用的是細度模數為2.6的中砂。其表觀密度為2.550g/cm3。本次實驗石灰石粉的細度為12%左右，45μm 篩余量16.30%。燒失量、表觀密度和比表面積分別為5.07%、2.49g/cm3、2.60%。

1.2 配合比設計

在本次實驗中，采用C35混凝土配合比。不同的實驗組添加石灰石粉比例為0%～20%，且每隔5%設置一個梯度。為降低偶然誤差，每一組制作三個試件見表2。

2 混凝土強度試驗

2.1 石灰石粉對混凝土抗壓強度的影響

本實驗按照相關實驗標準來對不同比例的石灰石添加量對混凝土抗壓性能的影響進行實驗。測量混凝土的抗壓能力采用的是強度試驗的有關方法，用石灰石替代水泥，探究添加不同劑量的石灰石對3d、7d、28d、56d混凝土抗壓強度的影響。實驗結果如圖1所示。

圖1 混凝土抗壓強度隨石灰石粉摻量的變化

從上圖可以看出：（1）混凝土的抗壓能力明顯受到石灰石粉添加量的影響，且3d、7d、28d、56d呈現出幾乎相同的變化曲線。（2）當添加量為5%和10%時，混凝土3d、7d、28d、56d的抗壓強度都有所增加。其中3d和7d抗壓性能增加最為明顯，3d從25.4MPa增加到了35.5MPa；32.2MPa增加到了45.0MPa。增長幅度都接近百分之四十。（3）而增大石灰粉劑量，當添加量在超過了百分之十以后，3d與7d的強度增加量未呈現繼續增加的趨勢，甚至有所下降。（4）28d與56d抗壓強度呈現出幾乎相同的變化趨勢。都表現為單峰變化。石灰石粉的添加量在百分之十以內時，隨著添加量的增加，抗壓能力都的到了明顯的提升，增幅分別為39.6%與14%。但是超過百分之十的峰值后，隨著計量的增加，抗壓性能又呈現下降的趨勢。從10%到20%降低幅度分別達到了29%和18.8%。綜合以上數據我們可以看出，少量增加石灰石的添加量（10%以內）時，對于提升抗壓強度有促進作用；但是超過一定量后（本實驗為10%）繼續添加石灰石粉，對混凝土的強度有抑制的趨勢。

表1 水泥物理性能

表2 混凝土配合比設計

下面分析其原理：本實驗中采用的石灰石粉的細度（平均顆粒半徑）要比水泥小，當石灰石粉的添加計量較小時，石灰石粉能夠對大顆粒之間的縫隙進行填充，填充物與大顆粒共同構成了骨架。這對于提升混凝土的密實程度有明顯的促進作用，同時也加快的早期水化的過程，因此對于其抗壓能力有促進作用。但是在石灰石粉添加量過大（本實驗中為超過10%）后，石灰石粉的填充作用已經達到最大限度，過量的石灰石粉反而阻礙了水化反應中水泥的參與量。進而導致級配存在不合理，骨架作用不明顯，因此其強度會受到明顯的抑制作用。在本實驗中，最佳比例在10%左右。

2.2 石灰石粉對混凝土抗折強度的影響

在用混凝土澆灌路面時，除了抗壓強度之外抗折程度也是一項十分重要的參考指標。采用與抗壓程度檢驗類似的方法，本實驗也對石灰石添加量對混凝土的抗折能力進行了檢測，相關數據如表3所示。

表3 混凝土抗折強度

表3的數據反映：在一定范圍內添加石灰石對混凝土的抗折強度有一定的提升作用，超過該范圍后，如果繼續添加石灰粉其抗折能力不斷減小，甚至低于未添加時的強度。具體來說，在本實驗中當添加量在5%左右時，對抗折能力的提升作用最為明顯，而在10%左右時幾乎已經失去了對抗折能力的提升作用；當繼續添加石灰石粉后混凝土的抗折能力降到比不添加時還低。對其原理進行初步分析：混凝土由于具有大量的孔隙且質地較脆，所以其抗拉性較弱。而顆粒較細的石灰石粉能夠對空隙進行填補，填補之后混凝土的抗折能力會有一個小幅增加，但是增加效果并不明顯。而過量的石灰石添加反而會對混凝土的抗折能力造成不利影響。

3 混凝土抗凍試驗

本次抗凍試驗根據相關標準進行了快速凍融循環試驗?？焖賰鋈谀M的是自然界由于晝夜以及季節性變化導致的溫度變化。本實驗以此來進行抗凍性檢測。

3.1 混凝土的質量損失

圖2 質量損失隨凍融次數的變化

試件在不斷重復的冷凍和融化的過程中會造成質量減少，而造成這種現象的原因是混凝土的表面層在此過程中會出現剝落?？箖鲂阅芰己玫牟牧显谶M行凍融實驗時表面脫離的質量較小。因此可以對質量的減少量進行稱量以檢測其抗凍性能。在本次實驗中，每進行25 次循環實驗進行一次質量測量。具體結果如圖2所示。

圖2 表示：隨著實驗的進行，所有試件的質量損失都呈現出不斷增加的趨勢。添加量為5%和10%的兩個實驗中，相對于不添加的空白對照組其質量損失幾乎在整個實驗的過程中都較低。因此可以得到這兩組抗凍性能有所提升的結論。而相比之下，添加量為5%時其抗凍性能相對于10%的更佳。而另外兩組的結果顯示，在整個實驗的過程中其試件質量損失量始終明顯高于空白對照組。也就是說，添加量為這兩個值時，混凝土的抗凍性能不但沒有增加，反而還有所降低。且添加量越多，降低程度越明顯。對其原因進行分析：石灰石粉作為填充劑能夠使混凝土的結構更加密實，而更加密實的混凝土結構其抗凍能力也更強，但是過量的石灰石粉不利于其抗凍性能的提升。

3.2 混凝土動彈性模量的變化

本實驗中還對混凝土的相對動彈性模量進行了測量。實驗結果如下。

圖3

所謂的“相對動彈性模量”指的是在進行了若干次凍融實驗后試件的動彈性模量相對于初始狀態下的比值。如上圖所示，凍融次數的增加導致各組的“模量”都呈下降趨勢。但是每一組降低的幅度有所不同。相對于20%的石灰石粉添加組，其他三組的變化幅度明顯小得多，其中最小的是石灰石粉添加量為5%的實驗組。該組試件即便在經過了200次循環試驗后其變化程度依然控制在7%左右。20%石灰石添加組的變化幅度最大，當兩百次循環實驗結束后該值不到86%。同上述實驗結果一致，相對動彈性模量也隨著石灰石粉的添加有所改變，且依然是呈現“單峰”形態。

4 結束語

對用于水泥路面施工的混凝土，人們一般比較重視其抗壓、抗折、抗凍等性能。而石灰石粉添加量的不同會對這些性能產生一定的影響。在本次實驗中，設置了0%、5%、10%、15%和20%的梯度實驗，以驗證不同的添加量對各項性能的實際影響。從整體上來看，基本都滿足“單峰”模式，也就是在一定范圍內有提升作用，超過該范圍后提升能力有所下降甚至出現了低于對照組的現象。造成這種現象的原理幾乎都具有類似性，即小顆粒半徑的石灰石能夠充當填充劑來對混凝土的空隙進行填充，對混凝土結構的穩定性有一定的提升作用，但是過量的石灰石粉卻反而降低了其穩定性。從整體上來看，本次實驗遵循了相關實驗標準，對幾個重點的性能都分別進行了檢測，并得到了初步結論。但是還存在一定的不足之處：（1）梯度設置不夠精細，每一個實驗結果都只獲得了初步結論，每隔5%設置梯度不利于探究最佳結論，只能夠得到一個初步的范圍。（2）實驗組不夠多容易由于偶然誤差對實驗結果造成影響。但是在實驗的過程中，筆者在資源條件有限的情況下力求結果的準確性，因此其結果依然是有效的，它對在工程建設中混凝土的配置比例問題依然具有一定的指導意義。