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[摘 要]本文主要研究了分别以0、25%、50%、75%、100%掺量石灰石粉替代粉煤灰时，对混凝土干缩性能和碳化性能的影响，研究结果表明：在本次试验条件下，石灰石粉取代粉煤灰有利于降低C30混凝土的早期收缩，14d～28d范围内，混凝土试件的收缩率随着石灰石粉掺量的增加而增大；对于C50混凝土，当石灰石粉取代50%的粉煤灰时混凝土的收缩相对基准组有所降低；石灰石粉替代粉煤灰能一定程度上改善混凝土的抗碳化性能。
[关键词]石灰石粉；干缩性能；抗碳化性能
中图分类号：S291 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0385-03
国家统计局数据显示，2015年我国商品混凝土产量16.4亿m3，同比增长2.1%，虽然增速有所回落，但目前我国仍处于高速建设时期，对混凝土的需求依然巨大，其消耗的水泥和矿物掺合料不断加剧，这对水泥和矿物掺合料供应市场来说无疑将是一个巨大的压力。因此，石灰石粉作为一种新型矿物掺合料，将其应用于混凝土中，替代部分水泥或粉煤灰，不仅可以作为替代性资源有效缓解粉煤灰资源紧缺的局面，還可以充分消纳利用机制砂和碎石生产过程中产生的石灰岩石屑、石粉，减少污染和浪费，符合可持续发展的战略要求。
日本、美国等发达国家对石灰石粉的研究与应用较早，已有很多大型工程采用石灰石粉混凝土，如日本明石海峡吊桥、法国西瓦克斯核电站II 号反应堆等，美国、瑞典等国家还采用石灰石粉配制自密实混凝土和高流动性混凝土[1-2]。我国对石灰石粉的研究始于上世纪九十年代，李俊毅[3-4]等人将石灰石粉作为混凝土的惰性掺合料重点研究它的微集料效应。也有研究人员通过研究发现适量石灰石粉掺加到混凝土中对强度是有利的，能够促进水泥水化反应'[5-8]。
尽管有关石灰石粉对混凝土性能的研究常见于报刊，由于各地石灰石粉质量差异较大，掺入混凝土后性能变化较大，不利于控制建设工程质量，故本文通过研究石灰石粉取代粉煤灰对混凝土耐久性能的影响，分析了不同掺量情况下石灰石粉混凝土的收缩变形和抗碳化性能，促进重庆市石灰石粉技术的推广应用。
1 原材料和试验方法
1.1 原材料
（1）水泥：重庆小南海水泥厂生产，P.O42.5R普通硅酸盐水泥，其性能满足现行标准GB 175-2007，详见表1。
（2）矿渣粉：重庆睿亮建材有限公司生产，其性能指标符合GB/T18046 -2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准规定的S95级产品技术要求。
（3）粉煤灰：重庆华能珞璜电厂Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表2。所选粉煤灰的性能符合GB 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的二级灰技术要求。
（4）石灰石粉：采用小南海水泥厂生产的石灰石粉，性能指标见表3。
（5）骨料：重庆破碎卵碎石，5～10mm粒径和10～20mm粒径混合使用，连续级配，压碎指标为8%，堆积密度为1650 kg/m3，表观密度为2660kg/m3；特细砂采用湖北产特细砂，细度模数0.9，堆积密度为1350kg/m3；机制砂采用重庆炬成产机制砂，细度模数为3.7，堆积密度为1550kg/m3。
（6）外加剂：采用厦门科之杰聚羧酸高效减水剂，减水率25%，推荐掺量1.5%～2.8%。
（7）增效剂：重庆普正建材有限公司生产，推荐掺量0.6%～1.0%。
（8）拌合水：采用饮用自来水。
1.2 试验方法
（1）混凝土收缩率测定
混凝土收缩率参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测定。按配合比设计成型3组100mm× 100mm×515mm的棱柱体试件，每组应为3个试件，参照标准步骤开始实验。实验完毕后，按以下公式计算混凝土收缩率：
式中εst——测试期为t（h）的混凝土收缩率，t从测定试件初始读数时算起（%）；
LA——试件A方向收缩值；
LB——试件B方向收缩值；
L0——试件测量标距（mm），等于试件长度减去试件中两个反射靶沿试件长度方向埋入试件中的长度之和。
（2）混凝土碳化试验
混凝土碳化性能测试方法及步骤具体参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，按照配合比成型四组100mm× 100mm×100mm的试件，每组试件3块。碳化混凝土试件在标准条件下养护28d龄期后进行碳化试验。采用快速试验方法，测定经过3d、7d、14d、28d碳化后混凝土试件的碳化深度，并取算术平均值，精确至0.1mm。
2 试验配合比
分别设计强度等级为C30和C50混凝土，基准组配合比见表2.1。基准组不掺加石灰石粉，试验组采用石灰石粉取代粉煤灰，取代量分别为25%、50%、75%、100%，其余参数均与基准组配合比一致。
3 结果与分析
3.1 石灰石粉对C30混凝土收缩率影响
按前述试验配合比制备混凝土，采用接触法测定在无约束和规定的温湿条件下硬化混凝土收缩变形性能，结果如图1、图2所示。
由图1可以看出，掺加石灰石粉的混凝土试件，14d前的收缩率小于未掺石灰石粉的基准组，但在14d～28d之间，混凝土试件的收缩率随着石灰石粉掺量的增加而增大，可以认为，石灰石粉取代粉煤灰有利于降低混凝土的早期收缩，由于石灰石粉促进水泥水化，并参与水化反应生成钙矾石，体积膨胀以抵偿收缩，因而掺加石灰石粉的混凝土试件早期收缩小，14d之后，一方面钙矾石生产已经基本稳定，对收缩影响不大，收缩量增大，另一方面石灰石粉的颗粒较水泥颗粒光滑，需水量低于水泥，高于粉煤灰，故石灰石粉取代粉煤灰后，使相同水胶比条件下的水泥石浆体失去更多的自由水，从而增加其收缩[9]。 由图2看出，石灰石粉掺量小于50%时，混凝土试件28d收缩率增大，因为少量掺加石灰石粉会加速水泥的早期水化，使水泥石浆体中自由水消耗过快，导致水泥石中自干燥现象加剧，从而增大了混凝土收缩；石灰石粉取代粉煤灰量大于50%时，石灰石粉对C50混凝土收缩的影响规律与石灰石粉对C30混凝土收缩的影响规律一致。当石灰石粉取代50%的粉煤灰时混凝土的收缩相对基准组有所降低，可能此种状况下该细度石灰石粉的物理和化学效应发挥最佳，有效的填充水泥颗粒间隙并生成了适量的钙矾石，使得混凝土的收缩得到改善。
3.2 石灰石粉对混凝土碳化性能的影响
按前述试验配合比制备混凝土，经过28d标准养护后，采用快速试验方法测定经过3d、7d、14d、28d碳化后的碳化深度，结果如图3、图4所示。
从图3可知，掺加石灰石粉的混凝土试件对混凝土抗碳化有一定的改善作用，当石灰石粉掺量为50% 时，C30混凝土的28d碳化深度最小，为5.4mm，掺量为0%、25%、75%、100%时混凝土的28d碳化深度分别为6.7mm、6.3mm、5.8mm、6.2mm。本次试验条件下，石灰石粉掺量在50%范围内，随着掺量的增加，混凝土的碳化深度逐渐减小，但是变化不明显。当掺量相同时，随着碳化龄期的增加，混凝土的碳化深度增大。
从图4可知，当石灰石粉掺量为50% 时，C50混凝土的28d碳化深度最小，为4.6mm，其表现的变化规律与C30混凝土基本一致。C50混凝土各龄期碳化深度均比C30混凝土小，主要是因为C30混凝土的水胶比比C50混凝土大，而水胶比决定了混凝土的孔结构，水胶比越大，混凝土孔隙率越大，二氧化碳向混凝土内部扩散的速度就会越快，碳化深度增加[10-11]。
4 结论
①在本次试验条件下，石灰石粉适量取代粉煤灰有利于降低C30混凝土的早期收缩，在14d～28d范围内，混凝土试件的收缩率随着石灰石粉掺量的增加而增大；
②在本次试验条件下，石灰石粉取代50%的粉煤灰时，C50混凝土的收缩相对基准组有所降低.
③石灰石粉替代粉煤灰在一定程度上能改善混凝土的抗碳化性能。
参考文献
[1] 廉慧珍，韩素芳.现代混凝土需要什么样的水泥[J].水泥，2006（9）：13-18.
[2] 宋少民，刘娟红，徐国强.石灰石粉在混凝土中应用的综述与研究[J].混凝土世界，2009（6）：38-43.
[3] 涂成厚.石灰石粉的应用[J].国外建材科技，1999，20（4）：47-51.
[4] 李俊毅.掺惰性材料水泥混凝土抗冻性试验研究[J].低温建筑技术，1997（3）：11-12.
[5] 刘数华.石灰石粉对复合胶凝材料水化特性的影响[J].建筑材料学报，2010，13（2）：218-221.
[6] 章春梅，V.S.Ramachandran.碳酸钙微集料对硅酸三钙水化得影响[J].硅酸盐学报，1998，16（2）：110-117.
[7] 路平，路树标.CaCO3对C3S水化的影响[J].硅酸盐学报，1987，15（4）：289-294.
[8] A.Beeldens，J.Monteny，E.Vincke，Resistance to biogenic sulphuric acid corrosion of polymer modified morder [M].Cement & Concrete Composistes，2001，12（23）：47-56.
[9] 李宏辉，蒲成忠，姚建中.石灰石粉對混凝土收缩性能的影响研究[J].山西建筑.2009，35（26）：143-146.
[10] 侯云芬，黄天勇. 石灰石粉和粉煤灰对混凝土强度和耐久性的影响[J].粉煤灰综合利用，2012（6）：25-29.
[11] S. Tsivilis，G. Batis， E. Chaniotakis， Gr. Grigoriadis ，D. Theodossis. Properties and behavior of limestone ce-ment concrete and mortar[J].Cement and Concrete Res，2000，30：1679-1683.
[关键词]石灰石粉；干缩性能；抗碳化性能
中图分类号：S291 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）08-0385-03
国家统计局数据显示，2015年我国商品混凝土产量16.4亿m3，同比增长2.1%，虽然增速有所回落，但目前我国仍处于高速建设时期，对混凝土的需求依然巨大，其消耗的水泥和矿物掺合料不断加剧，这对水泥和矿物掺合料供应市场来说无疑将是一个巨大的压力。因此，石灰石粉作为一种新型矿物掺合料，将其应用于混凝土中，替代部分水泥或粉煤灰，不仅可以作为替代性资源有效缓解粉煤灰资源紧缺的局面，還可以充分消纳利用机制砂和碎石生产过程中产生的石灰岩石屑、石粉，减少污染和浪费，符合可持续发展的战略要求。
日本、美国等发达国家对石灰石粉的研究与应用较早，已有很多大型工程采用石灰石粉混凝土，如日本明石海峡吊桥、法国西瓦克斯核电站II 号反应堆等，美国、瑞典等国家还采用石灰石粉配制自密实混凝土和高流动性混凝土[1-2]。我国对石灰石粉的研究始于上世纪九十年代，李俊毅[3-4]等人将石灰石粉作为混凝土的惰性掺合料重点研究它的微集料效应。也有研究人员通过研究发现适量石灰石粉掺加到混凝土中对强度是有利的，能够促进水泥水化反应'[5-8]。
尽管有关石灰石粉对混凝土性能的研究常见于报刊，由于各地石灰石粉质量差异较大，掺入混凝土后性能变化较大，不利于控制建设工程质量，故本文通过研究石灰石粉取代粉煤灰对混凝土耐久性能的影响，分析了不同掺量情况下石灰石粉混凝土的收缩变形和抗碳化性能，促进重庆市石灰石粉技术的推广应用。
1 原材料和试验方法
1.1 原材料
（1）水泥：重庆小南海水泥厂生产，P.O42.5R普通硅酸盐水泥，其性能满足现行标准GB 175-2007，详见表1。
（2）矿渣粉：重庆睿亮建材有限公司生产，其性能指标符合GB/T18046 -2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》标准规定的S95级产品技术要求。
（3）粉煤灰：重庆华能珞璜电厂Ⅱ级粉煤灰，性能指标见表2。所选粉煤灰的性能符合GB 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定的二级灰技术要求。
（4）石灰石粉：采用小南海水泥厂生产的石灰石粉，性能指标见表3。
（5）骨料：重庆破碎卵碎石，5～10mm粒径和10～20mm粒径混合使用，连续级配，压碎指标为8%，堆积密度为1650 kg/m3，表观密度为2660kg/m3；特细砂采用湖北产特细砂，细度模数0.9，堆积密度为1350kg/m3；机制砂采用重庆炬成产机制砂，细度模数为3.7，堆积密度为1550kg/m3。
（6）外加剂：采用厦门科之杰聚羧酸高效减水剂，减水率25%，推荐掺量1.5%～2.8%。
（7）增效剂：重庆普正建材有限公司生产，推荐掺量0.6%～1.0%。
（8）拌合水：采用饮用自来水。
1.2 试验方法
（1）混凝土收缩率测定
混凝土收缩率参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测定。按配合比设计成型3组100mm× 100mm×515mm的棱柱体试件，每组应为3个试件，参照标准步骤开始实验。实验完毕后，按以下公式计算混凝土收缩率：
式中εst——测试期为t（h）的混凝土收缩率，t从测定试件初始读数时算起（%）；
LA——试件A方向收缩值；
LB——试件B方向收缩值；
L0——试件测量标距（mm），等于试件长度减去试件中两个反射靶沿试件长度方向埋入试件中的长度之和。
（2）混凝土碳化试验
混凝土碳化性能测试方法及步骤具体参照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，按照配合比成型四组100mm× 100mm×100mm的试件，每组试件3块。碳化混凝土试件在标准条件下养护28d龄期后进行碳化试验。采用快速试验方法，测定经过3d、7d、14d、28d碳化后混凝土试件的碳化深度，并取算术平均值，精确至0.1mm。
2 试验配合比
分别设计强度等级为C30和C50混凝土，基准组配合比见表2.1。基准组不掺加石灰石粉，试验组采用石灰石粉取代粉煤灰，取代量分别为25%、50%、75%、100%，其余参数均与基准组配合比一致。
3 结果与分析
3.1 石灰石粉对C30混凝土收缩率影响
按前述试验配合比制备混凝土，采用接触法测定在无约束和规定的温湿条件下硬化混凝土收缩变形性能，结果如图1、图2所示。
由图1可以看出，掺加石灰石粉的混凝土试件，14d前的收缩率小于未掺石灰石粉的基准组，但在14d～28d之间，混凝土试件的收缩率随着石灰石粉掺量的增加而增大，可以认为，石灰石粉取代粉煤灰有利于降低混凝土的早期收缩，由于石灰石粉促进水泥水化，并参与水化反应生成钙矾石，体积膨胀以抵偿收缩，因而掺加石灰石粉的混凝土试件早期收缩小，14d之后，一方面钙矾石生产已经基本稳定，对收缩影响不大，收缩量增大，另一方面石灰石粉的颗粒较水泥颗粒光滑，需水量低于水泥，高于粉煤灰，故石灰石粉取代粉煤灰后，使相同水胶比条件下的水泥石浆体失去更多的自由水，从而增加其收缩[9]。 由图2看出，石灰石粉掺量小于50%时，混凝土试件28d收缩率增大，因为少量掺加石灰石粉会加速水泥的早期水化，使水泥石浆体中自由水消耗过快，导致水泥石中自干燥现象加剧，从而增大了混凝土收缩；石灰石粉取代粉煤灰量大于50%时，石灰石粉对C50混凝土收缩的影响规律与石灰石粉对C30混凝土收缩的影响规律一致。当石灰石粉取代50%的粉煤灰时混凝土的收缩相对基准组有所降低，可能此种状况下该细度石灰石粉的物理和化学效应发挥最佳，有效的填充水泥颗粒间隙并生成了适量的钙矾石，使得混凝土的收缩得到改善。
3.2 石灰石粉对混凝土碳化性能的影响
按前述试验配合比制备混凝土，经过28d标准养护后，采用快速试验方法测定经过3d、7d、14d、28d碳化后的碳化深度，结果如图3、图4所示。
从图3可知，掺加石灰石粉的混凝土试件对混凝土抗碳化有一定的改善作用，当石灰石粉掺量为50% 时，C30混凝土的28d碳化深度最小，为5.4mm，掺量为0%、25%、75%、100%时混凝土的28d碳化深度分别为6.7mm、6.3mm、5.8mm、6.2mm。本次试验条件下，石灰石粉掺量在50%范围内，随着掺量的增加，混凝土的碳化深度逐渐减小，但是变化不明显。当掺量相同时，随着碳化龄期的增加，混凝土的碳化深度增大。
从图4可知，当石灰石粉掺量为50% 时，C50混凝土的28d碳化深度最小，为4.6mm，其表现的变化规律与C30混凝土基本一致。C50混凝土各龄期碳化深度均比C30混凝土小，主要是因为C30混凝土的水胶比比C50混凝土大，而水胶比决定了混凝土的孔结构，水胶比越大，混凝土孔隙率越大，二氧化碳向混凝土内部扩散的速度就会越快，碳化深度增加[10-11]。
4 结论
①在本次试验条件下，石灰石粉适量取代粉煤灰有利于降低C30混凝土的早期收缩，在14d～28d范围内，混凝土试件的收缩率随着石灰石粉掺量的增加而增大；
②在本次试验条件下，石灰石粉取代50%的粉煤灰时，C50混凝土的收缩相对基准组有所降低.
③石灰石粉替代粉煤灰在一定程度上能改善混凝土的抗碳化性能。
参考文献
[1] 廉慧珍，韩素芳.现代混凝土需要什么样的水泥[J].水泥，2006（9）：13-18.
[2] 宋少民，刘娟红，徐国强.石灰石粉在混凝土中应用的综述与研究[J].混凝土世界，2009（6）：38-43.
[3] 涂成厚.石灰石粉的应用[J].国外建材科技，1999，20（4）：47-51.
[4] 李俊毅.掺惰性材料水泥混凝土抗冻性试验研究[J].低温建筑技术，1997（3）：11-12.
[5] 刘数华.石灰石粉对复合胶凝材料水化特性的影响[J].建筑材料学报，2010，13（2）：218-221.
[6] 章春梅，V.S.Ramachandran.碳酸钙微集料对硅酸三钙水化得影响[J].硅酸盐学报，1998，16（2）：110-117.
[7] 路平，路树标.CaCO3对C3S水化的影响[J].硅酸盐学报，1987，15（4）：289-294.
[8] A.Beeldens，J.Monteny，E.Vincke，Resistance to biogenic sulphuric acid corrosion of polymer modified morder [M].Cement & Concrete Composistes，2001，12（23）：47-56.
[9] 李宏辉，蒲成忠，姚建中.石灰石粉對混凝土收缩性能的影响研究[J].山西建筑.2009，35（26）：143-146.
[10] 侯云芬，黄天勇. 石灰石粉和粉煤灰对混凝土强度和耐久性的影响[J].粉煤灰综合利用，2012（6）：25-29.
[11] S. Tsivilis，G. Batis， E. Chaniotakis， Gr. Grigoriadis ，D. Theodossis. Properties and behavior of limestone ce-ment concrete and mortar[J].Cement and Concrete Res，2000，30：1679-1683.