高细石灰石粉用作水泥混合材料的试验研究

高细石灰石粉用作水泥混合材料的试验研究

郑玲

大同煤矿集团云冈制气焦化有限公司山西大同037000

摘要：根据大量的实验结果证明：高细石灰石粉绝对是一种非常优良的水泥混合材料，将高细石灰石粉与矿渣粉按照适当的比例来进行调配，强度会得到大大的提升，尤其是提高了3d强度。本文将就高细石灰石粉用作水泥混合材料的试验进行深入的分析与探究。

关键字：高细石灰石粉水泥混合材料强度试验研究

引言

众所周知，石灰石粉作为水泥的混合材料是有着较为悠久的历史的，近些年来，高细石灰石粉被用作水泥的混合材料在国内外受到了非常广泛的重视，石灰石因其获取容易，价格低廉，少量的石灰石的加入会大大提高水泥的早期强度，这就有利于改善水泥的和易性、保水性以及抗渗性等等物理性能，因此，成为了水泥的混合材料的首选对象，虽然，石灰石作为水泥的重要混合材料，无论是在理论方面还是在应用方面都有了比较成熟的研究结果，但是，这些研究成果并不具有完全的代表性，石灰石并非完全是一种惰性混合材，它具有加速效应、活性效应、形态效应和优异的微集料效应，在水泥中掺加适量的石灰石可提高水泥早期强度、改善水泥和易性和保水性。如果石灰石粉的掺入量不够精确，对于水泥的后期强度会产生非常巨大的影响，因此，必须要控制好石灰石粉的掺入量，本文将通过相关试验，来对高细石灰石粉的掺入量对于生产水泥的实际影响来进行深入的研究，进而用来指导实际的生产。

一、试验材料

1、水泥：P-I42.5R硅酸盐水泥

2、高细石灰石粉：自行研制出的高细石灰石粉的主要成分是石灰石，同时掺入少量的粉煤灰和天然岩石，加入石膏粉调整其SO₃的含量与P-I42.5R硅酸盐水泥接近（SO₃含量≈2.0%）。

3、矿渣粉：烘干矿渣粉之后使用化验室实验小磨粉至比表面积414㎡/kg。

4、粉煤灰

二、试验方法分析

将试验所需要的原料经过一系列的烘干、破碎以及混勺等程序之后，按照科学的配比来进行称量，采用统一试验小磨混合磨制相同时间。由于石灰石与熟料混合粉磨，石灰石在不同程度上会阻碍熟料的粉磨，导致水泥比表面积虚高，所以这里暂不考虑比表面积和颗粒级配对水泥性能的影响，只将80μm筛余控制在8%左右。

强度、标准稠度需水量、凝结时间、安定性、0.08mm细度、流动度均按照当前的规定标准来进行检验，在这里就不再做一一的赘述。

三、高细石灰石粉单掺对水泥性能的影响

1、影响细度

根据试验的结果，我们不难分析出，随着高细石灰石粉的掺入量的增加，水泥80μm筛余也在随之增加，特别是超过15%以后，现象会更加明显。分析其原因，就在于高细石灰石粉和熟料混合粉磨时发生明显选择性磨细，熟料促进石灰石的粉磨，石灰石则对熟料粉磨有一定阻碍作用。

2、影响需水量和凝结时间

一般情况下，随着石灰石粉的掺入量不断增加，水泥的需水量会随之减少，其原因主要集中在两个重要方面：首先，随着石灰石粉的不断掺入，水泥的细度就会变粗，进而导致需水量减少，然后，因为在掺入越来越多的石灰石粉之后，石灰石的颗粒表面就会变得非常光滑，水分在起表面的附着力就会变小，同时又因为石灰石粉中含有非常多小于10μm的颗粒，这些细微颗粒填充水泥颗粒堆积的间隙，排出了水泥颗粒堆积间隙的水，导致需水量下降。石灰石掺量在10%范围内，水泥凝结时间有下降趋势，但超过10%以后，水泥凝结时间延长，尤其是掺量在20%是，水泥凝结时间已经超过了熟料本身的凝结时间。凝结时间主要受水泥中熟料细微颗粒的相对含量影响，尤其是20μm以下的颗粒，对其影响更大。由于混合粉磨时发生选择性细磨，水泥中熟料细微颗粒的相对含量会随着石灰石掺量增加而降低。在石灰石掺量较低时，熟料细微颗粒相对含量变化不大，且石灰石本身具有加速效应和活性效应，促进了熟料中C3S和C3A的水化，导致凝结时间缩短。当掺量超过20%时，由于熟料的相对含量和熟料细微颗粒的相对含量均大幅度下降，所以凝结时间有明显增加的变化。

3、影响水泥的抗压强度

随着高细石灰石粉的掺入量的不断增加，通常情况下，水泥的3d抗压强度在8%之内会呈现出增加的趋势，但是，当高细石灰石粉的掺入量超过15%之后，水泥的3d抗压强度就会稍微低于熟料的3d抗压强度，随着高细石灰石粉掺入量的进一步增加，其3d抗压强度也明显降低，大约每增加5%，其3d抗压强度降低2-3MPa。水泥的28d抗压强度一直呈下降趋势，尤其是掺量超过20%以后，28d抗压强度急剧下降。高细石灰石粉作为水泥的混合材料对水泥的强度有着非常巨大的影响，其原因可以从以下两个方面来进行分析：

3.1、高细石灰石粉在浆体中会参与到水化反应当中，生成早强型矿物碳铝酸钙，促进早期强度发展，且石灰石细粉在液相中起到了“晶核”作用，使水泥浆体密实度增加，这种微集料作用在一定程度上可以超过一些火山灰性材料。

3.2、高细石灰石粉不断增加，水泥中所包含的熟料的含量就会随之减少，高细石灰石粉与水泥中的熟料呈现出的是一种此消彼长的关系，此外，高细石灰石粉的需水量是小于水泥的需水量的，如果水灰配比保持不变的情况下，随着石灰石掺量的增加，水泥浆体中毛细孔的含量也随之增加，所以导致水泥后期强度有所降低。

4、影响流动性

随着石灰石掺量的增加，水泥胶砂流动度先呈递减趋势，而后又呈上升趋势。影响水泥胶砂流动度的因素主要有胶砂比、水灰比、水泥颗粒级配等因素，本次试验胶砂比和水灰比均相同，所以认为石灰石掺量在15%以下时，由于石灰石的掺加致使水泥颗粒级配变宽，表面光滑的石灰石颗粒在水泥浆体中起到了分散作用，而且石灰石粉的需水量小于水泥需水量，在水灰比相同的情况下，石灰石掺量的增加使水泥流动度也随之增加。当石灰石含量超过15%以后，石灰石本身的减水效应超过了其活性效应，所以流动度随其掺量的进一步增加而降低。

四、试验结论：

1、水泥颗粒堆积的孔隙率会随着高细石灰石粉的不断掺入而有着明显的减少，高细石灰石粉的掺入会大大提高水泥的早期强度和减少水泥的标准稠度用水量。

2、在此试验中，将高细石灰石粉与矿渣粉按照适当的比例掺入到水泥当中，可以在保证不明显降低3d强度的基础之上，来大幅度地提高水泥的28d强度。

3、尽管高细石灰石粉的烧失量与不溶物都比较高，但是当掺入量低于5%时还能够满足硅酸盐水泥对烧失量和不溶物的要求。

4、在水泥化学成分和物理性能方面证实了采用分别粉磨工艺生产石灰石硅酸盐水泥的可能性。

结束语：

综上所述，高细石灰石粉本身应该属于早强型的混合材料，对于水泥的早期强度是有着明显的提高作用的，我们可以根据生产与使用的实际需求来对水泥的主要性能进行适度的改善，大胆地打破传统认识的强制与束缚，深层次完善我们对水泥水化理论以及水泥结构的全面认识，充分利用和发挥水泥的重要价值，争取更大的经济效益。

参考文献：

1、石灰石粉用作水泥混合材与混凝土掺合料的研究进展王振军，尚继攀，尚继利-《科技风》-2010

2、含镁石灰石作水泥混合材试验研究刘生超，邹兴芳-《四川水泥》-2014

3、石灰石粉掺量对混凝土性能影响的试验研究赵东和-《混凝土》-2012

4、石灰石粉对水泥性能的影响王卫东，王雨利-《粉煤灰》-2013

5、石灰石粉对水泥水化和混凝土性能的影响韩方晖，王栋民-全国非金属矿加工利用技术交流会-2013

6、混合材料的粒度分布对水泥性能影响的研究李旭光-《济南大学》-2014

7、石灰石作混合材提高水泥早强的试验研究孙孝-《水泥工程》-2012

8、石灰石粉对水泥水化和混凝土性能的影响韩方晖，王栋民-全国非金属矿加工利用技术交流会-2013