矽質石灰石

矽質石灰石為內源沉積岩石灰石，隱晶質結構，主要礦物成份為方解石，因含矽質而硬度高，是石灰岩中最難風化的岩石。因此其散布區，石壁峻峭，不見土層或土層淺薄，植被很少。

基本介紹

• 中文名：矽質石灰石
• 外文名：Siliceous limestone
• 描述：含矽質而硬度高的石灰石
• 套用：混凝土
• 學科：礦物

概念

矽質石灰石其母材為含矽質的石灰岩，二氧化矽含量約為38%。破碎顆粒形狀良好，顆粒表面粗糙、稜角突出、略帶光澤。

含矽質石灰石骨料在壓蒸養護混凝土中的套用

近年來，隨著經濟建設的高速發展，混凝土得到廣泛套用。骨料作為混凝土中的大宗原材料，其不科學的開採，給自然資源造成的浪費及環境的影響已經引起社會的廣泛關注。近年來圍繞骨料的科學開採及套用已開展了大量的試驗研究，取得了一定的成果。但對於具體的礦產資源，結合其材質特點，充分考慮其物理及化學特性，最大程度地發揮其應有的價值，提高其開採利用率，減少資源的浪費及對環境的影響等研究較少。預製高強混凝土構件生產採用壓蒸養護工藝時，選用矽砂粉作為礦物摻和料，短時間內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，本研究選擇含一定矽質石灰石礦場生產的骨料作為混凝土的粗、細骨料，同時考慮骨料在生產過程中所伴生矽質石灰石石粉的存在，通過試驗的調整，認識含矽質石灰石骨料在壓蒸養護混凝土中套用的影響，為含矽質石灰石礦產資源的科學開採及利用提供參考。

圖1 矽質細骨料

原材料與試驗設計

（1）含矽質石灰石骨料的相關特點

含矽質石灰石細骨料：生產粗骨料時產生的尾料，顆粒表面粗糙、形狀良好、稜角突出、略帶光澤。經篩選後石粉含量約為4%～6%（如圖1所示）。

表 1 P·O 42.5水泥的化學成分（%）

（2）原材料選用

參照預製高強混凝土構件生產要求，原材料準備具體如下：骨料—5mm～20mm連續級配含矽質石灰石粗骨料；細骨料—考慮含矽質石灰石細骨料細度模數在3.6～3.9之間較粗，在生產中引入細砂進行搭配，混合砂細
度模數控制在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。

表 2 P·O 42.5水泥的物理性能

（3）試驗設計

結合含矽質石灰石骨料具有含矽質和石灰石質成分、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含矽質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，設計含矽質石灰石骨料與不含矽質的石灰石骨料相同配合比對比試驗。②含矽質石灰石粗、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含矽質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

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

表 3 相同配比不同集料試驗對比

①相同配比情況下，矽質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，矽質石灰石集料混凝土比不含矽質石灰石集料混凝土蒸壓強度有所提高；

③相同配比情況下，矽質石灰石集料混凝土拌合物較硬且發散，影響施工。

（2）不同配比含矽質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矽質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。

表 4 不同配比含矽質集料混凝土試驗

（3）不同矽質石灰石石粉含量試驗

考慮骨料加工伴生大量石粉，進行不同矽質石灰石石粉含量試驗，試驗數據見表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、蒸壓強度均有一定的提高。

表 5 不同矽質石灰石石粉含量試驗結果

以上各編號配比強度綜合對比如圖2所示，矽質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，故含矽質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。

圖2 各編號配比強度對比

研究結論

（1）含矽質石灰石骨料因其外表面粗糙，套用在混凝土中時，會對混凝土拌合物的粘聚性產生一定影響。通過配合比參數的合理調整，控制其和易性；

（2）含矽質石灰石骨料及其石粉拌制的混凝土，通過蒸壓養護後，能在一定程度上提高混凝土的抗壓強度；

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

（4）含矽質石粉含量對混凝土蒸壓養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。

改善高矽質石灰石原料生產水泥熟料易燒性

水泥熟料易燒結性的優劣，是關係到是否能提高水泥生產質量的重要環節。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，Fe₂O₃，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，即在生產過程中控制Al₂O₃，Fe₂O₃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。

改善高矽質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，採取了如下措施：

（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含量的高低及時調整礦化劑摻入量。石灰石中SiO₂高時_，根據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整鐵鋁含量；摻加鋁質校正原料，鐵鋁含量的調整可用公式：

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。過高則煅燒料發散，易齜火，產生風眼、風洞，甚至塌邊，底火難穩定，過低易結大塊，不利於產量的提高。

（3）嚴格控制生料孔隙度，900型號孔隙度由原來的小於或等於1.5；改變控制在小於或等於0.5.生料0.08mm方孔篩篩余由原來小於8%；則放寬至小於10%。通過互相間的反差調整，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，底火穩定性好，全風操作率由原來不足50—60%，提高到90%以上，立窖質量與試驗前相比明顯提高。

研究結論

（1）根據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，反而不利於煅燒。

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

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