用于水泥和混凝土的石灰石粉——阎培渝
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用于水泥和混凝土的石灰石粉
阎培渝 清华大学土木工程系 yanpy@
欧洲标准 ENV-197
硅酸盐石灰石粉水泥CEM-II-L
CEM-II-L(A): 石灰石粉掺量5-20% CEM-II-L(B): 石灰石粉掺量21-35% 实际生产量可以忽略。
《通用水泥》 （GB175）
水泥最佳颗粒级配为：
3～32μｍ颗粒对砂浆强度增长起主要作 用，其间粒度分布应是连续的，总量不低于 65 ％ 。小于3μｍ的细颗粒，易结团，不要 超过10％而 造成砂浆较大收缩。大于65μｍ 的颗粒活性 很小，这两部分颗粒最好没有。
碳硫硅钙石破坏首先在欧洲被发现。碳硫
硅钙石只在低温（<15℃）环境中生成。 [Ca3Si(OH)6· 12H2O](SO4)(CO3) 具有类似于钙矾石的结构，可与钙矾石形 成有限固溶体。 在有CaCO3微粉存在时，碳硫硅钙石可很 快生成，但必须有钙矾石预先生成，作为 晶核，促使其形核结晶。
碳硫硅钙石与钙矾石的XRD图谱
硫酸盐侵蚀与碳化共同作用下，可生成碳硫
硅钙石。这会导致CSH凝胶分解，使硬化浆 体失去胶凝性，造成严重后果。 由于这种破坏作用是针对水泥的水化硅酸盐 相，而不是水化铝相，因此抗硫酸盐水泥也 没有保护作用。
Thaumasite
我国的碳硫硅酸盐破坏实例
黄河八盘峡水库大坝廊道：有大量渗水，胶
配制混凝土，用水量仅130kg/m3，28天强度 可达50MPa。 试验没有持续，其原因不详。现在北京没有 实际使用。
石灰石粉
国内在PC32.5复合硅酸盐水泥中掺加石灰石
粉。最高掺量可达20%。 水泥的品质较差，不能用于钢筋混凝土结构， 只用于抹灰砂浆等非结构用途。 如果掺量超过22%，则砂浆粘附性能很差。
石灰石粉掺量对胶砂试件比强度的影响
石灰石粉的作用
填充作用——使浆体结构密实
稀释作用——加速水泥的水化，提高水泥的
水化程度。 化学反应——生成碳铝酸盐 C3A· 3CaCO3· 30H2O，针状晶体。 C3A· CaCO3· 12H2O，六方片状晶 体。
碳硫硅钙石 Thaumasite
中，允许用不超过水泥质量8%的非活性混 合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。 在矿渣硅酸盐水泥中允许用不超过水泥质 量8%的活性混合材料、非活性混合材料或 窑灰中的任一种材料代替矿渣。 复合硅酸盐水泥的混合材为由两种（含） 以上活性混合材料或/和非活性混合材料组 成，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰 代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣 硅酸盐水泥重复。
品种
混合材种类 无 活性或惰性 活性或惰性 矿渣 火山灰质材料 粉煤灰
两种或两种以上的复合
PI P II
P.O P.S P.P P.F P.C
混合材掺量 0 <5% 6%～20% 21%～70% 21%～40% 21%～40% 21%～50%
通用硅酸盐水泥组成材料
活性混合材料：粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣
石灰石粉
惰性混合材。
质软，易磨细。在水泥粉体中处于颗粒粒度
分布曲线上最细的一端，改善颗粒级配。 在配制需要高粉体含量的混凝土时，如自密 实混凝土，可使用。
石灰石粉
国外在配制自密实混凝土时掺入大量石灰石
粉，掺量最高达到300kg/m3。 增加浆体含量，改善黏聚性，提高泵送性能。
粉、粉煤灰、火山灰质混合材料。
非活性混合材料：活性指标低于标准要求的粒
化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混 合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的Al2O3含量 应不大于2.5%。
窑灰： 助磨剂： 水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量
应不大于水泥质量的0.5%。
在普通硅酸盐水泥中掺加的活性混合材料
水泥、粉煤灰和石灰石粉三元复 合胶凝材料
水泥、粉煤灰和石粉三者颗粒间发生“填充
效应”，颗粒间的空隙减小，使空隙水减少， 自由水增加，则浆体的流变性增大。 PO硅酸盐水泥34%、磨细锰铁矿渣23%和石 灰石粉43%组成的三元复合胶凝材料用于某 水电站工程。
石灰石粉
北京恒坤混凝土公司曾试验用超细石灰石粉
石灰石粉
曾有人向京沪高铁工程推荐使用石灰石粉，
号称能提高早期强度，缩短拆模时间。曾做 过一根实验梁。 实际是矿渣粉与石灰石粉的混合物。 最终没有实际使用。
石 灰 石 粉 的 颗 粒 形 貌
石灰石粉的粒度分布
石灰石粉的粒度分布
石灰石粉掺量与胶砂试件抗压强度的关系
石灰石粉掺量与胶砂试件抗折强度的关系
石灰石粉
在我国许多水电工程中均采用了石粉取代部
分细骨料，取得了良好的效果。 石粉在一定掺量范围内具有微集料效应，能 改善新拌混凝土的和易性，对混凝土的凝结 时间几乎没有影响。
石灰石粉
在我国许多水电工程中，采用了石灰石粉作
为矿物掺合料。 龙滩水电站中采用石粉取代25%的粉煤灰， 共同作为混凝土掺合料，对碾压混凝土的VC 值影响不大，不影响其抗压强度、劈拉强度 和抗渗性能。 可以降低混凝土的绝热温升3~5℃，这对于减 小温度应力，提高混凝土抗裂能力非常有利。
凝材料成为稀泥状。修补后很快再次损坏。 新疆永安水库大坝廊道：有大量渗水，胶凝 材料成为稀泥状。建成后一年即损坏。
结论
除了在水电工程的低强度大体积混凝土结构中成功 使用外，在我国房建、铁路、公路、水运等领域没
有成功的案例。 对于含有石灰石粉的混凝土的耐久性没有全面研究， 缺乏经验。 含有石灰石粉的混凝土的配合比设计没有理论指导。 要慎重推广石灰石粉。现在不宜盲目上石灰石粉生 产线。 不必专门编制“用于水泥生产的惰性混合材”标准。
阎培渝 清华大学土木工程系 yanpy@
欧洲标准 ENV-197
硅酸盐石灰石粉水泥CEM-II-L
CEM-II-L(A): 石灰石粉掺量5-20% CEM-II-L(B): 石灰石粉掺量21-35% 实际生产量可以忽略。
《通用水泥》 （GB175）
水泥最佳颗粒级配为：
3～32μｍ颗粒对砂浆强度增长起主要作 用，其间粒度分布应是连续的，总量不低于 65 ％ 。小于3μｍ的细颗粒，易结团，不要 超过10％而 造成砂浆较大收缩。大于65μｍ 的颗粒活性 很小，这两部分颗粒最好没有。
碳硫硅钙石破坏首先在欧洲被发现。碳硫
硅钙石只在低温（<15℃）环境中生成。 [Ca3Si(OH)6· 12H2O](SO4)(CO3) 具有类似于钙矾石的结构，可与钙矾石形 成有限固溶体。 在有CaCO3微粉存在时，碳硫硅钙石可很 快生成，但必须有钙矾石预先生成，作为 晶核，促使其形核结晶。
碳硫硅钙石与钙矾石的XRD图谱
硫酸盐侵蚀与碳化共同作用下，可生成碳硫
硅钙石。这会导致CSH凝胶分解，使硬化浆 体失去胶凝性，造成严重后果。 由于这种破坏作用是针对水泥的水化硅酸盐 相，而不是水化铝相，因此抗硫酸盐水泥也 没有保护作用。
Thaumasite
我国的碳硫硅酸盐破坏实例
黄河八盘峡水库大坝廊道：有大量渗水，胶
配制混凝土，用水量仅130kg/m3，28天强度 可达50MPa。 试验没有持续，其原因不详。现在北京没有 实际使用。
石灰石粉
国内在PC32.5复合硅酸盐水泥中掺加石灰石
粉。最高掺量可达20%。 水泥的品质较差，不能用于钢筋混凝土结构， 只用于抹灰砂浆等非结构用途。 如果掺量超过22%，则砂浆粘附性能很差。
石灰石粉掺量对胶砂试件比强度的影响
石灰石粉的作用
填充作用——使浆体结构密实
稀释作用——加速水泥的水化，提高水泥的
水化程度。 化学反应——生成碳铝酸盐 C3A· 3CaCO3· 30H2O，针状晶体。 C3A· CaCO3· 12H2O，六方片状晶 体。
碳硫硅钙石 Thaumasite
中，允许用不超过水泥质量8%的非活性混 合材料或不超过水泥质量5%的窑灰代替。 在矿渣硅酸盐水泥中允许用不超过水泥质 量8%的活性混合材料、非活性混合材料或 窑灰中的任一种材料代替矿渣。 复合硅酸盐水泥的混合材为由两种（含） 以上活性混合材料或/和非活性混合材料组 成，其中允许用不超过水泥质量8%的窑灰 代替。掺矿渣时混合材料掺量不得与矿渣 硅酸盐水泥重复。
品种
混合材种类 无 活性或惰性 活性或惰性 矿渣 火山灰质材料 粉煤灰
两种或两种以上的复合
PI P II
P.O P.S P.P P.F P.C
混合材掺量 0 <5% 6%～20% 21%～70% 21%～40% 21%～40% 21%～50%
通用硅酸盐水泥组成材料
活性混合材料：粒化高炉矿渣、粒化高炉矿渣
石灰石粉
惰性混合材。
质软，易磨细。在水泥粉体中处于颗粒粒度
分布曲线上最细的一端，改善颗粒级配。 在配制需要高粉体含量的混凝土时，如自密 实混凝土，可使用。
石灰石粉
国外在配制自密实混凝土时掺入大量石灰石
粉，掺量最高达到300kg/m3。 增加浆体含量，改善黏聚性，提高泵送性能。
粉、粉煤灰、火山灰质混合材料。
非活性混合材料：活性指标低于标准要求的粒
化高炉矿渣、粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、火山灰质混 合材料；石灰石和砂岩，其中石灰石中的Al2O3含量 应不大于2.5%。
窑灰： 助磨剂： 水泥粉磨时允许加入助磨剂，其加入量
应不大于水泥质量的0.5%。
在普通硅酸盐水泥中掺加的活性混合材料
水泥、粉煤灰和石灰石粉三元复 合胶凝材料
水泥、粉煤灰和石粉三者颗粒间发生“填充
效应”，颗粒间的空隙减小，使空隙水减少， 自由水增加，则浆体的流变性增大。 PO硅酸盐水泥34%、磨细锰铁矿渣23%和石 灰石粉43%组成的三元复合胶凝材料用于某 水电站工程。
石灰石粉
北京恒坤混凝土公司曾试验用超细石灰石粉
石灰石粉
曾有人向京沪高铁工程推荐使用石灰石粉，
号称能提高早期强度，缩短拆模时间。曾做 过一根实验梁。 实际是矿渣粉与石灰石粉的混合物。 最终没有实际使用。
石 灰 石 粉 的 颗 粒 形 貌
石灰石粉的粒度分布
石灰石粉的粒度分布
石灰石粉掺量与胶砂试件抗压强度的关系
石灰石粉掺量与胶砂试件抗折强度的关系
石灰石粉
在我国许多水电工程中均采用了石粉取代部
分细骨料，取得了良好的效果。 石粉在一定掺量范围内具有微集料效应，能 改善新拌混凝土的和易性，对混凝土的凝结 时间几乎没有影响。
石灰石粉
在我国许多水电工程中，采用了石灰石粉作
为矿物掺合料。 龙滩水电站中采用石粉取代25%的粉煤灰， 共同作为混凝土掺合料，对碾压混凝土的VC 值影响不大，不影响其抗压强度、劈拉强度 和抗渗性能。 可以降低混凝土的绝热温升3~5℃，这对于减 小温度应力，提高混凝土抗裂能力非常有利。
凝材料成为稀泥状。修补后很快再次损坏。 新疆永安水库大坝廊道：有大量渗水，胶凝 材料成为稀泥状。建成后一年即损坏。
结论
除了在水电工程的低强度大体积混凝土结构中成功 使用外，在我国房建、铁路、公路、水运等领域没
有成功的案例。 对于含有石灰石粉的混凝土的耐久性没有全面研究， 缺乏经验。 含有石灰石粉的混凝土的配合比设计没有理论指导。 要慎重推广石灰石粉。现在不宜盲目上石灰石粉生 产线。 不必专门编制“用于水泥生产的惰性混合材”标准。