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文献综述

偏高岭土与石灰石粉复合对水泥性能影响

1引言

混凝土是当今世界上用量最大的人造材料，由于原料丰富，价格低廉，制备简单，造型方便，相对耐久性好，维护费用低等不可取代的优点，21世纪仍将是最主要的建筑材料[1]。但是高环境负荷、高能源资源消耗是水泥混凝土生产应用的突出问题[2-4]。水泥混凝土行业CO²排放量约占全国总排放量的10%，仅次于钢铁行业。每生产1t水泥熟料产生接近1tCO²，仅2013年我国水泥产量超过24亿吨。在全球气候暖化和大力推行低碳经济的背景下，水泥混凝土是碳减排重点领域。降低水泥体系熟料含量和减少混凝土中水泥用量是推动水泥混凝土行业低碳可持续发展主要途径之一[4]。

辅助胶凝材料已称为混凝土的第六组分[1]。兼顾经济，技术和生态环境等方面的原因，最大限度使用辅助胶凝材料（SCMs）是降低水泥体系熟料含量和减少混凝土中水泥用量的主要有效途径[4]。研究表明，粉煤灰，硅灰，矿渣和石灰石粉等广泛的运用于混凝土中，不仅获得良好的经济效益和环境效应，而且还改善了混凝土的诸多性能。

2研究进展

2.1石灰石作为辅助胶凝材料研究现状

在我国，生产石灰石碎石、机制砂等集料时，产生了大量的石屑、石粉。用石屑代砂、掺入一定的石灰石粉可能改善混凝土的各项性能，但不定量、无限制的使用，必然对其强度、施工性能和耐久性能带来不良影响。其表现为混凝土单位用水量大、强度低、施工性能以及耐久性能差。为了达到有效利用石灰石粉，研究以石灰石粉作为掺合料的混凝土的各项性能，以达到有目的、高效利用石灰石粉。如果在提高混凝土的强度、施工性和耐久性的同时，还能实现石灰石粉体有效利用，将会实现良好的经济效益和环境效益的结合[5]。

已有的研究表明[5-7],石灰石硅酸盐水泥具有早期强度高，和易性好,耐磨，干缩小，水化热低等优良特点。因此,石灰石硅酸盐水泥的研制和开发在国际上受到越来越多的重视。一定细度的石灰石粉末的加入可以提高水泥的抗压强度，而且石灰石粉末越细，抗压强度越高[7]。石灰石粉能够提高强度的原因：（a）石灰石粉具有减水效应，能够减少混凝土的用水量。在用水量降低的情况下，即便混凝土拌合物的胶凝材料用量不大，其水胶比仍然很小，（b）石灰石粉在水泥浆体中密实填充作用，减少混凝土的孔隙，从而提高强度[1]。

利用超磨细石灰石粉作为混凝土掺合料研究表明：(1)超磨细石灰石粉作为掺合料能有效的改变混凝土的性能。(2)采用超磨细石灰石粉取代水泥能保持坍落度不变，混凝土单位用水量减少，混凝土早期抗压、抗折强度有显著增长，适量石灰石粉掺加使混凝土的3d抗压强度是28d的83%，7d的抗压强度达到是28d的93%，而且后期强度发展也好于普通混凝土。(3)通过SEM和X-衍射等微观分析，研究了超磨细石灰石粉对凝土的作用机理。石灰石粉的晶核作用，促进了水泥的早期水化，在水泥石中形成大量的AFt，和C-S-H凝胶交织在一起，增加了混凝土的密实度；Ca(OH)2和CaCO3生成碱式碳酸钙，增强了界面区的粘结，表明了石灰石粉不是一种惰性掺合料；石灰石粉比表面积达到12000cm2/g，石灰石颗粒中的CaCO₃可以和水泥颗粒中的C3A反应，形成膨胀性水化产物C3ACaCO311H²O，可以补偿混凝土的收缩。(4)加入石灰石粉的混凝土抵抗氯离子渗透和碳化能力相对不如普通混凝土，但是在高强混凝土中使用时完全能够满足混凝土耐久性要求。实验证明石灰石粉还参与水化过程[2-4.8]，少量的CaCO3,能够延迟C3S水化，大量的CaCO3，会加速水化。CaCO3除了可以在C3S水化过程中起晶核作用，加速C3S之外，它还可能参加了化学反应[1]。通过XRD图可以发现CaCO3会降低C3S的表观活化能。另外欧洲标准EN197-1中规定：CaCO3的含量不小于75%、表面积不小于5000cm2/kg的超细石粉在水泥中的掺量为6-20%和21-35%不等[8-10]。其不足之处在于超过10%的取代量后，力学性能显著下降，且会导致严酷环境下，抗硫酸盐性能劣化。ASTM标准曾允许最高达5%的石灰石（质量基准）的水泥，与纯水泥相比这样的低取代水平可产生更好的性能[11,12]。最近ASTMC595-12定义的IL水泥，可以用高达15%石灰石粉末的作为水泥替代材料。