引言
混凝土是土木工程中应用最广的材料，随着我国基础建设的大力发展，其用量持续维持在较高的水平。混凝土中的水泥在生产时会消耗大量的资源，并且造成环境污染。因此，长期大量的生产对我国能源和环境造成了很大的压力。混凝土掺合料多为其他工业的废弃物，其使用不仅耗能少，而且消耗了常年积累下的工业废弃物，减轻了环境压力。在石灰石开采过程中会产生大量的石屑，这些石屑的大量堆积既占用土地资源又影响环境。人们将这些石屑磨细后作为混凝土的掺合料使用既减少了水泥的消耗又减轻了环境压力。随着学者们对石灰石粉研究的不断深入，发现石灰石粉颗粒在混凝土中不仅能起到填充作用[1,2]，还可以加速水泥水化产物的形成[3~5]。石灰石粉具有微弱的溶解度，可与水泥中的铝发生反应生成硬度较大的单碳型和半碳型碳铝酸钙[6,7]，并且抑制了单硫型硫铝酸钙的生成，稳定了形成的钙矾石，使这些晶体在早期可以更好的填充混凝土的孔隙，因此提高了混凝土早期强度[8]。石灰石粉的这些性能使其在混凝土的应用中具有很大的潜力。对于工程应用而言，混凝土的耐久性是需考虑的重要因素，因此学者们对掺石灰石粉的混凝土耐久性做了大量研究。本文综述了石灰石粉对混凝土耐久性的影响，并进行了总结。 氯离子、硫酸盐等对混凝土有害的物质进入混凝土内部是以水为介质，抗水渗透性能直接影响到其他多
项耐久性指标的好坏。研究发现，石灰石粉掺入混凝土中可以显著提高其抗水渗透性能[9]。Leo G Li等[10]的研究表明，在相同水灰比下，石灰石粉掺量在12%以内时，混凝土的抗水渗透性能随着掺量的增加而增强。同时，也有研究表明石灰石粉掺入混凝土中对抗水渗透性能不利。石灰石粉对混凝土抗水渗透性能的影响取决于其磨细的程度、掺量及取代方式。戚家权[11]将不同细度的石灰石粉掺入混凝土中，发现细度越小对抗水渗透的性能降低的幅度越大，当细度达到800目时，石灰石粉掺量为10%的混凝土与不掺石灰石粉时的抗水渗透性能
石灰石粉对混凝土耐久性的影响
胡宇博 姚 源 张凯峰 秦志勇 刘江非 王晓峰
中建西部建设北方有限公司 陕西 西安 710100
摘 要：石灰石粉作为混凝土掺合料既可以减少生产时的能耗又能减少环境污染，因此具有很高的应用价值。混凝土的耐久性是工程应用中需要考虑的重要指标，本文通过国内外学者的相关研究综述了石灰石粉对水泥混凝土抗水渗透、抗氯离子渗透、抗碳化、抗冻和抗硫酸盐侵蚀五个方面性能的影响。
关键词：石灰石粉；混凝土；耐久性；综述
收稿日期：2019-7-2
相差很小，这说明细度大的石灰石粉对混凝土的抗水渗透性能的不利影响较小。Ali等[12]人的研究表明，当混凝土中石灰石粉的掺量小于10%时，抗水渗透性能优于不掺石灰石粉的混凝土，但当掺量大于10%时，掺石灰石粉的混凝土抗水渗透性能比不掺石灰石粉的混凝土差。这说明掺入一定量的石灰石粉对混凝土的抗水渗透性能有提高作用，但掺量过大会降低混凝土的抗水渗透性能。李晶[13]的抗水渗透试验结果表明，石灰石粉外掺时，混凝土的抗水渗透性能随着掺量的增加而增强。当石灰石粉外掺的质量百分比达到20%时，混凝土的抗渗透系数降低了73%。内掺时随着石粉掺量的增加混凝土的抗渗性能不断降低。
2 抗氯离子渗透
在氯盐大量存在的混凝土工程环境中，氯离子会不断的向混凝土内部渗透。当钢筋表层的氯离子浓度积累到一定程度时会造成钢筋的锈蚀，从而破坏钢筋混凝土的结构。有研究表明在混凝土中掺入石灰石粉可提高其抗氯离子渗透性能[14]。Leo G.Li等的研究结果表明，石灰石粉掺量在12%以内的混凝土抗氯离子渗透性能优于未掺石灰石粉的混凝土，且抗氯离子渗透性能随着石灰石粉掺量的增加而增强。石灰石粉细度较大时，颗粒不仅能填充在混凝土的孔隙中，还可与水泥中的铝相反应生成碳铝酸盐，使水化产物的固相体积增加，使结构更加密实，从而提高了抗氯离子渗透性能[15~17]。而随着石
灰石粉掺量的不断增加，混凝土的抗氯离子渗透性能会变差。R.K.Dhir[18]等的研究结果表明，石灰石粉掺量大于15%的混凝土抗氯离子渗透性能均低于不掺石灰石粉的水泥混凝土，且随着掺量的增加而降低。这是因为石灰石粉大量取代水泥后，水化产物的量也随之减少，导致密实度降低，从而降低了混凝土的抗氯离子渗透性能。
3 抗碳化性能
混凝土的碳化是指空气中的CO2与水泥中的碱性物质反应，使混凝土碱性降低的过程。碳化会破坏钢筋表面钝化膜，增加了钢筋锈蚀的风险。水泥混凝土中掺入细度较大的石灰石粉可改善内部的孔结构，使整体更加密实，从而使CO2更难进入内部。S. Tsivilis等[19]的研究表明，石灰石掺量在35%以内的混凝土在12个月内未发生碳化，而基准水泥混凝土的碳化深度为5mm。然而，也有研究表明石灰石的掺入对混凝土的抗碳化性能有害。R. K. Dhir等人的研究表明，石灰石粉掺量在15%～45%之间时，不同水胶比下，混凝土的抗碳化性能均随石灰石粉掺量的增加而降低。这是因为当石灰石粉掺量超过一定量时，混凝土内部的水化产物会大幅降低，使硬化后的整体密实度降低，从而导致抗碳化性能降低。石灰石粉对混凝土抗碳化性能的降低可以通过掺入粉煤灰和矿粉等含铝相的辅助胶凝材料进行改善。这是因为石灰石粉和辅助胶凝材料中的铝相反应生成了碳铝酸钙，使水化产物的固相体积增大，改善了孔结构，从而提高了混凝土的抗碳化性能[20]。
4 抗冻性
混凝土的抗冻性是指其在含水状态下承受反复冻融循环的能力。在严寒地区，抗冻性是混凝土的重要指标。有研究表明石灰石粉掺入混凝土中对其抗冻性能不利[21,22]。霍俊芳等[23]的研究表明，当混凝土中石灰石粉掺量小于10%时，对抗冻性能的影响不大。这是因为当掺量较少时，石灰石粉的填充效应和晶核效应等作用使混凝土更加密实，阻碍了水进入混凝土内部，从而减少了冰胀压力。但当掺量超过10%后，抗冻性能会有明显的下降。这是由于石灰石粉自身的活性有限，当掺量过大时，混凝土水化后的结合力变小[24]，因此水结冰后的膨胀压力更容易使基体破坏。科学启示录
5 抗硫酸盐侵蚀
硫酸盐侵蚀是指硫酸盐进入混凝土内部与水泥的水化产物反应造成的破坏。通常反应产物为钙矾石和石膏晶体，晶体生成量的增加会使混凝土由于膨胀应力而
出现开裂、剥落的现象。然而，在低于15℃的低温、充足的水、硫酸盐和碳酸盐同时存在的条件下，水泥水化产物中的水化硅酸钙凝胶会与侵蚀介质发生反应生成没有胶结能力的碳硫硅钙石，这种侵蚀破坏称为碳硫硅钙石（TAS）型破坏。研究表明掺入石灰石粉的混凝土更易受到硫酸盐侵蚀而产生膨胀型破坏[25,26]。细度较大的石灰石粉在混凝土中可起到填充的作用，并且可以与铝相生成有利于强度发展的单碳型水化铝酸钙，从而一定程度上提高了短期抗硫酸盐侵蚀的能力[27]。但石灰石粉的掺入为整个硫酸盐侵蚀过程提供了碳酸盐，使TAS型破坏更易发生[28~30]。
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结语
石灰石粉作为混凝土掺合料使用具有重要的应用价值。现有的研究表明细度较大、掺量较少时，石灰石粉对混凝土硬化后的耐久性能均有利。这是因为一定量较细的石粉可以增加水泥颗粒的级配区域，并且其晶核作用促进了水化产物早期的形成，使材料更加密实。石灰石自身也可与水泥水化产物反应，进一步提高基体的密实度，从而阻碍了有害介质的侵蚀。然而，随着石灰石粉掺量的增加会对混凝土的各项耐久性指标带来负面的影响。较大掺量使混凝土内水化产物的量严重减少，从而使基体的密实度和胶结力降低，因此使有害介质更容易进入基体破坏结构。石灰石粉的掺入为混凝土内部环境提供了充足的碳酸盐，使通常硫酸盐环境下的硫酸盐侵蚀更易转变成破坏力更大的碳硫硅钙石型破坏。综合考虑众多学者的试验结论，对于商品混凝土而言，掺少量细度较大的石灰石粉适合应用于实际工程中。
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作者简介
胡宇博，1989年生，陕西西安人，硕
士，助理工程师。研究方向为高性能混
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