石灰石粉的多重应用优势

目前，对石灰石粉的使用主要是取代部分细骨料制备砂浆或将其作为混凝土或砂浆中的掺合料使用。根据高性能混凝土发展较早的国家的经验［22-25］，高性能混凝土普遍含有以下多种粉体材料，水泥、矿渣、粉煤灰、硅灰和石灰石粉。几乎所有的高流态混凝土中选用的掺合料都有石灰石粉，如在自密实混凝土、低热混凝土、早强混凝土中都采用了较多的石灰石粉；而在一些要求高强或者超高强的混凝土的工程中，则要求掺入较少量的石灰石粉，而且要求使用细度较大的石灰石粉。

大多数的研究认为石灰石粉属于惰性材料，之所以能在混凝土中起到积极作用，主要是因为它具有微集料效应。这是因为，石灰石粉粒径较大，通常以80 μm或0.16 mm为衡量指标，按照纳米材料的观点，随着粒径减少，比表面积大大增加。庞大的比表面积，使得处于表面原子数越来越多，键态严重失配，同时表面能迅速增加，使这些表面原子具有很高的活性，出现许多活性中心，极不稳定，很容易与其他原子结合。因此，石灰石磨细到一定程度可能有水化活性。另外，石灰石粉需要在一定的环境和足够的水化时间内才能发生水化反应。国内外已有的研究也表明，适量石灰石粉的掺加，能改善混凝土的流动性，提高其强度、耐久性等。在硅酸盐水泥混凝土中，磨细的石灰石粉可通过晶核效应加速C3S的水化，部分参与C-S-H凝胶的形成，并与铝酸盐相互作用，形成单碳铝酸盐。(www.xing528.com)

将石灰石粉用于碱矿渣水泥砂浆、混凝土的制备，可以改善其性能，减少石灰石粉产生的环境污染，具有显著的经济效益与社会效益。Moseson等［26］将石灰石粉掺入碳酸钠激发矿渣水泥中，结果发现，当石灰石粉的掺量高达68%时，其力学性能与硅酸盐水泥相当，同时，碳排放和能源消耗减少了90%以上。Gao等［27］的研究表明，在碱激发矿渣粉煤灰体系中掺入石灰石粉后，由于晶核效应，反应过程会有所加快，且随着石灰石含量的增加，坍落度增加，当矿渣含量一定时，抗压强度随着石灰石粉含量的增加而增加，直到30%。微观结构分析表明，凝胶特性与石灰石粉含量无关，不同于硅酸盐水泥体系，石灰石粉在初始高Ca、Al存在条件下不会形成新的结晶相，但物理和化学结合水含量略有增加。Rakhimova等［28］也证实，在碱激发矿渣水泥中掺入直到60%的石灰石粉（方解石含量为33%～100%）时，28天的抗压强度能达到26.2～48.8 MPa。碱激发水泥及掺入石灰石粉后的水化产物主要是C-S-H、CaCO3、Na2Ca（CO3）2·5H2O和Na2CaSiO4。具有“物理活性”的石灰石不与胶结材凝胶发生化学反应，但可以改善物理结构，在不增加需水量的情况下，混有石粉的碱激发水泥填充密度越大，石灰石粉与胶结材凝胶的胶结强度越高，这最终导致碱矿渣水泥浆体的物理结构改善和抗压强度的提高。