[科普中國]-硅質(zhì)石灰石

硅質(zhì)石灰石為內(nèi)源沉積巖石灰石，隱晶質(zhì)結構，主要礦物成份為方解石，因含硅質(zhì)而硬度高，是石灰?guī)r中最難風化的巖石。因此其散布區(qū)，石壁峻峭，不見土層或土層淺薄，植被很少。

概念硅質(zhì)石灰石其母材為含硅質(zhì)的石灰?guī)r，二氧化硅含量約為38%。破碎顆粒形狀良好，顆粒表面粗糙、棱角突出、略帶光澤。

含硅質(zhì)石灰石骨料在壓蒸養(yǎng)護混凝土中的應用近年來，隨著經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，混凝土得到廣泛應用。骨料作為混凝土中的大宗原材料，其不科學的開采，給自然資源造成的浪費及環(huán)境的影響已經(jīng)引起社會的廣泛關注。近年來圍繞骨料的科學開采及應用已開展了大量的試驗研究，取得了一定的成果。但對于具體的礦產(chǎn)資源，結合其材質(zhì)特點，充分考慮其物理及化學特性，最大程度地發(fā)揮其應有的價值，提高其開采利用率，減少資源的浪費及對環(huán)境的影響等研究較少。預制高強混凝土構件生產(chǎn)采用壓蒸養(yǎng)護工藝時，選用硅砂粉作為礦物摻和料，短時間內(nèi)能提升混凝土強度等級至C80，且有效改善混凝土耐久性。結合以上實際情況，本研究選擇含一定硅質(zhì)石灰石礦場生產(chǎn)的骨料作為混凝土的粗、細骨料，同時考慮骨料在生產(chǎn)過程中所伴生硅質(zhì)石灰石石粉的存在，通過試驗的調(diào)整，認識含硅質(zhì)石灰石骨料在壓蒸養(yǎng)護混凝土中應用的影響，為含硅質(zhì)石灰石礦產(chǎn)資源的科學開采及利用提供參考。

原材料與試驗設計（1）含硅質(zhì)石灰石骨料的相關特點

含硅質(zhì)石灰石細骨料：生產(chǎn)粗骨料時產(chǎn)生的尾料，顆粒表面粗糙、形狀良好、棱角突出、略帶光澤。經(jīng)篩選后石粉含量約為4%～6%（如圖1所示）。

（2）原材料選用

參照預制高強混凝土構件生產(chǎn)要求，原材料準備具體如下：骨料—5mm～20mm連續(xù)級配含硅質(zhì)石灰石粗骨料；細骨料—考慮含硅質(zhì)石灰石細骨料細度模數(shù)在3.6～3.9之間較粗，在生產(chǎn)中引入細砂進行搭配，混合砂細
度模數(shù)控制在2.7～3.5之間。水泥—河北冀東P·O42.5水泥，化學分析及物理性能結果分別見表1、表2；摻和料—S95級活性的礦渣粉（天鋼礦渣）；外加劑—天津延順萘系高效減水劑，30%含固量水劑。

（3）試驗設計

結合含硅質(zhì)石灰石骨料具有含硅質(zhì)和石灰石質(zhì)成分、表面粗糙、伴生一定石粉含量等特點，進行不同的配合比設計。①含硅質(zhì)石灰石骨料與水泥中均含有SiO2與CaO成分，考慮其在水泥水化反應中可能起到積極作用，設計含硅質(zhì)石灰石骨料與不含硅質(zhì)的石灰石骨料相同配合比對比試驗。②含硅質(zhì)石灰石粗、細骨料表面粗糙，為了保障混凝土的施工和易性，設計不同的砂率、外加劑摻量試驗。③含硅質(zhì)石灰石骨料石粉含量較大，分析石粉含量對混凝土的影響，設計不同石粉含量的試驗。

結果與討論（1）相同配比不同集料試驗

以預制高強混凝土構件的配合比作為原始配合比，僅更換骨料為硅質(zhì)石灰石粗、細骨料，在試驗過程中對其不足進行針對性的改進和調(diào)整。預制高強混凝土構件生產(chǎn)使用細集料為天然河砂，粗集料為不含硅質(zhì)石灰石。對比試驗使用含硅質(zhì)石灰石機制砂與細砂的混合砂，粗集料使用含硅質(zhì)石灰石。通過表3可知：

①相同配比情況下，硅質(zhì)石灰石集料混凝土強度指標能滿足要求；

②相同配比情況下，硅質(zhì)石灰石集料混凝土比不含硅質(zhì)石灰石集料混凝土蒸壓強度有所提高；

③相同配比情況下，硅質(zhì)石灰石集料混凝土拌合物較硬且發(fā)散，影響施工。

（2）不同配比含硅質(zhì)石灰石集料混凝土試驗結合試驗編號1和2的情況，從混凝土和易性角度考慮，調(diào)整混凝土配合比的外加劑摻量及砂率，試驗結果見表4。通過表4可知：①砂率提高到34%，隨著外加劑摻量的遞減，混凝土拌和物和易性逐步改善；②以上三個編號配合比硅質(zhì)石灰石集料混凝土抗壓強度均能滿足要求，同時隨著外加劑摻量的下降，也明顯下降。

（3）不同硅質(zhì)石灰石石粉含量試驗

考慮骨料加工伴生大量石粉，進行不同硅質(zhì)石灰石石粉含量試驗，試驗數(shù)據(jù)見表5。通過表5可知：①隨著石粉含量的升高，拌和物和易性明顯改善，含量達9%時，拌合物偏粘；②隨著石粉含量的升高，混凝土蒸養(yǎng)、蒸壓強度均有一定的提高。

以上各編號配比強度綜合對比如圖2所示，硅質(zhì)骨料及其石粉在壓蒸混凝土中，強度隨著配比的變化有著明顯的波動，故含硅質(zhì)石灰石骨料及其石粉在壓蒸混凝土的配合比設計尤為重要。

研究結論（1）含硅質(zhì)石灰石骨料因其外表面粗糙，應用在混凝土中時，會對混凝土拌合物的粘聚性產(chǎn)生一定影響。通過配合比參數(shù)的合理調(diào)整，控制其和易性；

（2）含硅質(zhì)石灰石骨料及其石粉拌制的混凝土，通過蒸壓養(yǎng)護后，能在一定程度上提高混凝土的抗壓強度；

（3）含硅質(zhì)石粉含量對混凝土拌和物和易性影響明顯，在實際使用中，需要合理控制含硅質(zhì)石粉含量；

（4）含硅質(zhì)石粉含量對混凝土蒸壓養(yǎng)護強度具有積極的作用，在一定程度上可提高混凝土的抗壓強度。1

改善高硅質(zhì)石灰石原料生產(chǎn)水泥熟料易燒性水泥熟料易燒結性的優(yōu)劣，是關系到是否能提高水泥生產(chǎn)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。對水泥熟料易燒結性起決定性作用的是在煅燒過程中固、液相的反應程度；而對固液相反應起主導作用的又是Al2O3，F(xiàn)e2O3，SiO2等氧化物及少量微量元素。

改善熟料易燒結的幾種措施改善熟料易燒結性有多種方法，例如熟料礦物鐵鋁含量法，即在生產(chǎn)過程中控制Al2O3，F(xiàn)e2O3含量來改變熟料的易燒結性。另外還有摻加熟料晶種及非熟料晶種等技術。

改善高硅質(zhì)石灰石原料煅燒熟料易燒結的試驗針對石灰石SiO2較高的實際情況，采取了如下措施：

（1）礦化劑CaF2的摻量改變以往一般CaF2摻量在0.5—1.0%之間固定不變的慣例。隨著石灰石中SiO2含量的高低及時調(diào)整礦化劑摻入量。石灰石中SiO2高時，根據(jù)小樣試驗情況酌情多摻；含量低的批次及時少摻，既保證了足夠破晶能力，又不導致因礦化劑摻量過多或過少，影響立窖熟料的正常形成。

（2）生料配料過程中靈活調(diào)整鐵鋁含量；摻加鋁質(zhì)校正原料，鐵鋁含量的調(diào)整可用公式：

E=（Cao-1.87SiO2-1.65Al2O3-0.35Fe2O3）/（3Al2O3+2.25Fe2O3）

加以控制，E一般控制波動在0.60±0.05左右。過高則煅燒料發(fā)散，易齜火，產(chǎn)生風眼、風洞，甚至塌邊，底火難穩(wěn)定，過低易結大塊，不利于產(chǎn)量的提高。

（3）嚴格控制生料孔隙度，900型號孔隙度由原來的小于或等于1.5；改變控制在小于或等于0.5.生料0.08mm方孔篩篩余由原來小于8%；則放寬至小于10%。通過互相間的反差調(diào)整，反而使成球可塑性大為改善。通過以上校正，使立窖煅燒概況改觀明顯，上火均勻，底火穩(wěn)定性好，全風操作率由原來不足50—60%，提高到90%以上，立窖質(zhì)量與試驗前相比明顯提高。

研究結論（1）根據(jù)石灰石原料波動情況，合理摻配礦化劑，摻量過低起不到礦化作用；過高則易使液相粘度增大，反而不利于煅燒。

（2）在配料過程中適當提高KH，一般控制在0.94±0.02；CaCO3分解過程中產(chǎn)生大量氣體揮發(fā)，有利于窖內(nèi)料球通風。

（3）靈活掌握鐵鋁摻量，一般鋁含量應適當高一些，這樣有利于C3S的形成，由于Al2O3高，液相粘度大，可減小窖內(nèi)通風阻力，從而改善易燒性。2

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

李航 - 副教授 - 西南大學