北京建筑大學(xué)教授宋少民

　　2013年6月22日在廣西南寧組織召開了全國石灰石粉在水泥與混凝土中應(yīng)用技術(shù)研討會(huì)。北京建筑大學(xué)宋少民教授做了石灰石粉作混凝土礦物摻和料研究與標(biāo)準(zhǔn)解析的報(bào)告詳細(xì)介紹了現(xiàn)代混凝土的科學(xué)革命，現(xiàn)代混凝土中的粉體，石灰石粉混凝土試驗(yàn)研究，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的思考與技術(shù)要點(diǎn)。以下是報(bào)告具體內(nèi)容：
　　一．現(xiàn)代混凝土呼喚科學(xué)革命
　　美國科學(xué)哲學(xué)家?guī)於髟谥鳌犊茖W(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中認(rèn)為：自然科學(xué)的發(fā)展除了按常規(guī)科學(xué)一點(diǎn)一滴地積累之外還必然要出現(xiàn)科學(xué)革命。當(dāng)常規(guī)科學(xué)發(fā)展到一定程度時(shí)，反常出現(xiàn)了，發(fā)覺自然界不知怎么違反了由規(guī)范引起并支配著常規(guī)科學(xué)的預(yù)期。接著是對(duì)這個(gè)反常區(qū)域擴(kuò)大進(jìn)行探索。結(jié)果發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)動(dòng)搖了，假定不對(duì)了。
　　我國目前的混凝土技術(shù)就處在這么一個(gè)時(shí)期：水泥混凝土技術(shù)在1850年以后水泥混凝土的出現(xiàn)和發(fā)展，發(fā)展到1960年前后，這一百多年的發(fā)展，應(yīng)該說是在一個(gè)傳統(tǒng)意義的平臺(tái)上不斷的去積累去進(jìn)步，當(dāng)化學(xué)外加劑走向了歷史舞臺(tái)，并逐漸的越來越多顯示其強(qiáng)大作用的時(shí)候這一切發(fā)生了改變。發(fā)展到2000年前后混凝土世界在潛移默化中發(fā)生了巨大變化。
　　現(xiàn)代混凝土的反常：回彈法測強(qiáng)度怎么測不準(zhǔn)了；骨料強(qiáng)度、水泥強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系怎么變了；混凝土尺寸效應(yīng)系數(shù)怎么會(huì)大于1.0；怎么連石灰石粉都能作為摻和料了，最小水泥用量不斷引起爭議；混凝土配合比設(shè)計(jì)方法怎么受到那么多質(zhì)疑呢？有人說：“混凝土的世界目前是天下大亂” 推動(dòng)它發(fā)生巨大變化的就是化學(xué)外加劑，它是混凝土世界第一張多米諾骨牌，這張骨牌強(qiáng)有力的倒下，推動(dòng)整個(gè)混凝土世界多米諾骨牌效應(yīng)。以混凝土化學(xué)外加劑和礦物摻和料為物質(zhì)基礎(chǔ)；以大流態(tài)施工要求為特征?；炷良夹g(shù)已經(jīng)處在科學(xué)革命的時(shí)期，拿出勇氣和智慧去制定新模式下的規(guī)則是混凝土界同仁的歷史使命。
　　二．現(xiàn)代混凝土中的粉體
　　在舊的模式下，認(rèn)為混凝土中的粉體應(yīng)該以高活性為衡量標(biāo)準(zhǔn)。我國的水泥產(chǎn)業(yè)至今仍然不懈致力于提高強(qiáng)度，其實(shí)是早期強(qiáng)度。
　　目前，混凝土中的粉料分成水泥和礦物摻和料，如果再加入石灰石粉，有人認(rèn)為應(yīng)該叫粉體。所以不僅有水灰比、水膠比，還出現(xiàn)了水粉比。這里的原因還是活性。在大家的潛意識(shí)里膠凝材料的好壞和定義的依據(jù)還是活性。
　　其實(shí)在化學(xué)外加劑技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)進(jìn)步的今天，混凝土中的粉體應(yīng)該更看重什么？我的理解是：優(yōu)良的需水行為，合理的粉體顆粒級(jí)配，滿足混凝土各齡期混凝土強(qiáng)度要求的活性，需要提示的是高早期活性的摻和料并不是普適需要的，在許多情況下可能相反。
　　以低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量為主要技術(shù)特征的現(xiàn)代混凝土，是當(dāng)今混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。在這一新技術(shù)平臺(tái)上，混凝土中需要水化產(chǎn)物填充的空隙已經(jīng)大大減小?；炷吝_(dá)到同樣強(qiáng)度，對(duì)凝膠的數(shù)量要求有所下降。所以低活性粉體有可能在混凝土中得到良好技術(shù)效果。
　　三．石灰石粉作摻和料的混凝土試驗(yàn)研究
　　3.1背景
　　我國目前正處于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高峰期，建設(shè)規(guī)模巨大，建筑結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式為主體，水泥與混凝土消耗量占世界總量的55%以上?，F(xiàn)代混凝土是由水泥、砂、石、水、外加劑與礦物摻和料組成的六組分混凝土。而且為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和耐久性目標(biāo)，需要降低水泥用量，不斷提高礦物摻和料用量。在這樣的大背景下，礦物摻和料用量每年，保守地講應(yīng)該在5億噸以上。目前粉煤灰作為礦物摻和料的最重要的品種已經(jīng)得到學(xué)術(shù)界和工程界的認(rèn)同，得到廣泛使用。許多地區(qū)因?yàn)閮?yōu)質(zhì)粉煤灰資源不足，二級(jí)以上粉煤灰遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足供應(yīng)要求。
[Page] 　　三級(jí)粉煤灰和等外粉煤灰摻加量很低，否則影響混凝土質(zhì)量。礦渣粉不僅成本高，而且混凝土水化溫度高。尤其在水泥不斷漲價(jià)的情況下，在粉煤灰資源出現(xiàn)短缺的情況下，必須尋找新型礦物摻和料對(duì)粉煤灰進(jìn)行必要補(bǔ)充。而且還有新的問題是我國的天然砂石資源的匱乏情況日益嚴(yán)重，所以石灰石粉必須快速走向前臺(tái)。但石灰石粉能不能做為摻合料呢？在摻合料規(guī)范中明確指出，石灰石粉能做為礦物摻合料。法國的西瓦克斯核電站用了大量的石灰石摻合料，很多工程都用到了再此就不一一列舉了。
　　3.2和易性
　　眾所周知，低水膠比混凝土粘度大，泵送混凝土是一個(gè)技術(shù)難題，石灰石粉可以顯著降低粘度，改善可泵性

　　3.3 強(qiáng)度
　　如果不考慮和易性那么加粉煤灰強(qiáng)度可能高一點(diǎn)，但是這沒有意義，和易性不好的混凝土不可能得到使用?？捎玫那闆r下，都達(dá)到要求的和易性，加石灰石粉強(qiáng)度相比加粉煤灰的早期強(qiáng)度要高，因?yàn)樗z比低，在很大程度上來說混凝土強(qiáng)度是由水膠比決定的，
　　石灰石粉后期強(qiáng)度進(jìn)展與純的粉煤灰相比較低，所以特別提倡不要把石灰石粉單獨(dú)做為摻合料來使用就是考慮到石灰石粉和粉煤灰復(fù)合使用效果可能更好，用粉煤灰解決一些后期強(qiáng)度，用石灰石粉保證良好的和易性，把水降下來。

　　3.4耐久性
　　耐久性的試驗(yàn)，一直關(guān)注的一個(gè)問題是碳酸硅鈣石反應(yīng)，因此非常謹(jǐn)慎的做了很多試驗(yàn)，在北京放了幾個(gè)冬天，各種鹽類，各種濃度浸泡，至今沒有發(fā)現(xiàn)碳酸硅和鈣石反應(yīng)的證據(jù)。
　　抗碳化性能也很好，快速凍融和硫酸侵蝕整體情況看不如粉煤灰，但沒有大的問題，如果硫酸含量比較高的地區(qū)，抗硫酸侵蝕還是不如二級(jí)粉煤灰，所以在硫酸含量比較高的地區(qū)建議以粉煤灰為主體，但是在不接觸土壤不接觸水時(shí)完全可以用，易和性在石灰石粉和粉煤灰1:1的時(shí)候沒有明顯下降。在石灰石粉摻合量多的時(shí)候抗凍抗硫酸鹽侵蝕都是有下降趨勢的，比例是要合理控制的。
　　3.5 關(guān)于粗粒徑石灰石粉
　　以上研究都是針對(duì)超細(xì)粉，之后做了石灰石粉粗顆粒的一些的試驗(yàn)，比水泥顆粒還要粗一點(diǎn)的石灰石粉，或者跟水泥顆粒相當(dāng)?shù)模匀话l(fā)現(xiàn)了它的優(yōu)勢，強(qiáng)度沒有出現(xiàn)明顯的下降，它在摻合料中約15%-20%的摻入量的，基本上還是能保證技術(shù)性的，整體來看它比二級(jí)灰的強(qiáng)度要低一點(diǎn)。
[Page]　　如果是和水泥細(xì)度相當(dāng)或比水泥粗的石灰石粉，作為礦物摻和料在混凝土中應(yīng)用具有技術(shù)可行性。對(duì)于避免或降低砂石加工業(yè)副產(chǎn)品-石粉循環(huán)利用的二次能耗有重要意義。
　　400目石灰石粉占膠凝材料比例為18%時(shí)，膠砂28d抗壓強(qiáng)度最大；600目石灰石粉占膠凝材料比例為15%時(shí)，膠砂28d抗壓強(qiáng)度最大。

 

　　四．主要結(jié)論
　　1.超細(xì)石灰石粉具有優(yōu)異的減水增塑效果，可明顯改善混凝土工作性能對(duì)于中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，達(dá)到同樣坍落度時(shí)單位體積用水量明顯減少，對(duì)于高強(qiáng)混凝土而言，具有重要意義的是超細(xì)石灰石粉的加入使高強(qiáng)混凝土的黏度有顯著降低。
　　2.超細(xì)石灰石粉對(duì)混凝土強(qiáng)度影響不大對(duì)于中低等級(jí)混凝土，而在相同坍落度的條件下，由于需水量比低，可通過降低水膠比，使混凝土抗壓強(qiáng)度高于單摻粉煤灰的對(duì)比組混凝土。對(duì)于高等級(jí)混凝土，加超細(xì)石灰石粉對(duì)混凝土3d、7d、28d、60d的各齡期強(qiáng)度沒有影響，混凝土各齡期的強(qiáng)度相當(dāng)。
　　3.摻入超細(xì)石灰石粉可以減少單位體積用水量，可減少混凝土的早期裂縫，提高混凝土抵抗早期開裂性能。
　　4.超細(xì)石灰石粉可以與粉煤灰或低品質(zhì)粉煤灰復(fù)合制備礦物摻和料，關(guān)鍵是控制細(xì)度和需水量比。
　　5.超細(xì)石灰石粉摻加過多可能導(dǎo)致新拌混凝土產(chǎn)生較多的氣泡。
　　6.在低水膠比下,摻量適當(dāng)碳硫硅鈣石侵蝕可以得到控制。但石灰石粉摻量過多，則抗硫酸鹽能力下降。
　　7.適量摻入石灰石粉不會(huì)降低混凝土抗凍融循環(huán)性能，但石灰石粉摻量過多時(shí)可能降低混凝土抗凍融循環(huán)性能。
　　8.400目、600目石灰石粉在一定摻量下，對(duì)混凝土工作性、體積穩(wěn)定性、強(qiáng)度影響是有利的，具有技術(shù)可行性。
　　9.石灰石粉與低品質(zhì)硅鋁礦物材料可以制備石灰石粉復(fù)合礦物摻和料。帶動(dòng)低品質(zhì)硅鋁質(zhì)礦物材料的合理利用。
　　10.石灰石粉表面能低，分散性能好，但活性低，低品質(zhì)粉煤灰、循環(huán)流化床灰等后期活性好，吸附性較大，揚(yáng)長避短，合理復(fù)合使用。
　　五.標(biāo)準(zhǔn)的思考與技術(shù)要點(diǎn)
　　鑒于石灰石粉作為礦物摻和料的研究與應(yīng)用已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，國家和建筑工程的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)正在制定中。協(xié)會(huì)（或建材行業(yè)）標(biāo)準(zhǔn)《用于混凝土的石灰石粉》 即將頒布。
　　《用于混凝土的石灰石粉》標(biāo)準(zhǔn)編制是因?yàn)閺膿胶土袭a(chǎn)品生產(chǎn)到混凝土應(yīng)用一并考慮更有利于推動(dòng)石灰石粉作為礦物摻和料在混凝土中的廣泛應(yīng)用。
　　石灰石粉可以應(yīng)用于水泥和混凝土的科學(xué)依據(jù)在于石灰石粉具有很好的需水行為和分散性，可以顯著降低混凝土拌合物的用水量和降低低水膠比混凝土拌合物的粘度。
　　標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：碳酸鈣含量≥54%； 碳酸鈣+碳酸鎂含量≥90% ； 流動(dòng)度比≥100%； 亞甲藍(lán)（MB）值 不大于0.5、1.0、1.4分為三級(jí)。
　　將細(xì)度技術(shù)要求規(guī)定為細(xì)度 (45μm方孔篩篩余 )不大于45%，是考慮到在滿足混凝土性能要求的前提下盡可能降低石灰石粉利用的二次能耗。
　　本標(biāo)準(zhǔn)石灰石粉中碳酸鈣含量要求和國家標(biāo)準(zhǔn)有區(qū)別，主要是考慮允許一些以碳酸鈣為主要成分的白云巖作為石灰石粉用于混凝土以利于資源的合理利用。
　　將亞甲藍(lán)值列為重要技術(shù)指標(biāo)。原因是如果亞甲藍(lán)值高，則石灰石粉在混凝土中的技術(shù)優(yōu)勢將大大降低。
　　流動(dòng)度比列為重要技術(shù)指標(biāo)。原因同上都關(guān)乎石灰石粉的需水行為。
　　等級(jí)不分為ⅠⅡⅢ級(jí)的理由是不想造成Ⅰ級(jí)最好的錯(cuò)覺。其實(shí)許多材料不是好壞，而是是否合適。現(xiàn)在要做的是將材料用到合適的地方。
　　石灰石粉與低品質(zhì)硅鋁礦物材料可以制備石灰石粉復(fù)合礦物摻和料。例如低品質(zhì)粉煤灰、循環(huán)流化床灰都可以與石灰石粉復(fù)合制備摻和料，在混凝土中得到較好的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)效益。帶動(dòng)低品質(zhì)硅鋁質(zhì)礦物材料的合理利用。
　　關(guān)于低溫硫酸鹽環(huán)境的使用建議：關(guān)于低溫下發(fā)生碳硫硅鈣石反應(yīng)的危害，研究表明在水膠比低于0.4時(shí)，發(fā)生的幾率不大。但摻加量過大時(shí)，抵抗硫酸鹽侵蝕能力與抗凍融破壞能力下降。建議低溫硫酸鹽環(huán)境中，與土壤、水接觸部位慎重使用。 不接觸部分可以使用。
　　充分利用石灰石粉與低品質(zhì)粉煤灰，可明顯降低單方混凝土價(jià)格。解決粉煤灰供應(yīng)不足、地域分布不均的問題。一般環(huán)境下均可使用石灰石粉替代粉煤灰，只在低溫硫酸鹽環(huán)境下慎重使用。
　　即便石灰石粉在低溫硫酸鹽環(huán)境下存在缺陷，但是并沒有一種放之四海而皆準(zhǔn)的材料，因此由于其可充分利用資源，節(jié)約能源，保護(hù)環(huán)境，分布廣泛等特性，石灰石粉可以廣泛應(yīng)用于混凝土中且必將大放光彩！