前言  

    水泥生產過程中會排放出大量二氧化碳，消耗大量自然資源。為了減少二氧化碳排放和自然資源消耗，常用粉煤灰、礦粉等輔助性膠凝材料部分取代水泥[1–3]。但是，輔助性膠凝材料的產量相對有限，且存在資源分布不均等問題[4]。石灰石礦資源豐富，用磨細石灰石粉在水泥和混凝土生產過程中部分取代水泥，具有顯著的經濟效益與社會效益。

    目前，國內外圍繞石灰石粉在水泥基材料中的作用機理[5–7]和石灰石粉對水泥基材料耐久性的影響[8–10]進行了廣泛的研究。在一定的粒徑和摻量內，石灰石粉可以加速硅酸鹽水泥水化，改善水泥基材料孔結構和硬化水泥漿體界面，從而提高基體強度、抗滲透性、抗碳化性能、抗鋼筋銹蝕性能。Bentz等[11]研究表明，石灰石粉的粒徑越小，石灰石粉的晶核效應越明顯，對水泥基材料早期水化的影響越顯著。Liu等[5]通過壓汞測試的孔結構分析發現，石灰石粉的粒徑越小，填充效應越明顯；石灰石粉摻量越大，總孔隙率越小。石灰石粉的摻入穩定了鈣礬石，抑制其向單硫型硫鋁酸鹽的轉變，增大了水化產物的固相體積，降低了水泥基材料的孔隙率[6–7]。Celik等[12]研究發現，和單摻25%石灰石粉的混凝土相比，復摻25%石灰石粉和20%粉煤灰的混凝土28 d強度增加了8%。Li等[8]發現水滲透深度隨石灰石粉摻量的增加而減少。石灰石粉的摻入會降低混凝土的抗凍性，略微提高其抗氯離子滲透能力，減少鋼筋銹蝕程度，降低碳化深度[13]。隨著石灰石粉摻量的增加，水泥基材料的硫酸鹽腐蝕程度加深[10]。綜合以上研究發現，關于石灰石粉對水泥基材料的水化微觀作用機理已有較多的研究，但是關于石灰石粉對微觀性能的影響程度缺乏定量分析，石灰石粉和其它膠凝組分之間的相互作用的研究不夠深入具體，微觀性能和宏觀耐久性能之間的關系也研究較少。

    本文綜述了石灰石粉在水泥基材料中的作用機理及對水泥基材料耐久性能的影響，并在此基礎上對摻石灰石粉水泥基材料的未來研究工作提出了建議。

    結論與建議  

    國內外對摻石灰石粉水泥基材料的性能進行了大量的相關研究，基于上述文獻歸納總結和分析討論，得出一些主要結論：

    1） 石灰石粉在水泥基材料中的作用機理分為4個方面：晶核作用、填充作用、稀釋作用和化學作用。在一定的摻量內，石灰石粉的粒徑越小或者摻量越大，石灰石粉的晶核作用和填充作用越明顯，其化學作用也有一定的提高。然而，當石灰石粉粒徑較大或摻量過大時，石灰石粉的摻入主要起稀釋作用，晶核作用、填充作用和化學作用不明顯。

    2） 摻石灰石粉的水泥基材料的滲透性受石灰石粉的晶核作用、填充作用、化學作用和稀釋作用的影響。當石灰石粉主要表現為晶核作用、填充作用和化學作用時，抗水滲透性和抗氯離子滲透性隨石灰石粉摻量的增大而增強；當石灰石粉主要表現為稀釋作用時，水泥基材料的抗水滲透性和抗氯離子滲透性將隨石灰石粉摻量的增大而減弱。

    3） 摻石灰石粉的水泥基材料的碳化深度主要與石灰石粉的化學作用、填充作用和稀釋作用密切相關。當石灰石粉的顆粒粒徑比水泥小時，隨著石灰石粉摻量的增加，水泥基材料的抗碳化性能得到提升。當石灰石粉的顆粒粒徑和水泥相近時，在一定石灰石粉摻量下，水泥基材料的抗碳化性能隨石灰石粉摻量的增大而增強；而當石灰石粉超過一定摻量時，水泥基材料的抗碳化性能反而下降。

    4） 石灰石粉為碳硫硅鈣石的形成提供所需，對硫酸鹽侵蝕具有一定的促進作用。摻有石灰石粉的水泥基材料在長期低溫（<15 ℃）硫酸鹽侵蝕作用下，容易產生TSA（碳硫硅酸鈣型）破壞。石灰石粉的摻量越大，侵蝕溶液對水泥基材料硫酸鹽侵蝕破壞的作用越大。

    5） 摻石灰石粉的水泥基材料的抗凍性主要受石灰石粉稀釋作用的影響。石灰石粉摻量增大時，水泥基材料的抗凍性逐漸減小。

    6） 摻石灰石粉的水泥基材料的抗鋼筋銹蝕性能主要與石灰石粉的填充作用、化學作用和稀釋作用密切相關。當石灰石粉的顆粒粒徑比水泥小時，主要起填充作用和化學作用，隨石灰石粉摻量的增大，水泥基材料的抗鋼筋銹蝕性能增強；當石灰石粉的顆粒粒徑和水泥相近時，主要起稀釋作用，隨石灰石粉摻量的增大，水泥基材料的抗鋼筋銹蝕性能反而降低。

    從對上述文獻的分析討論可知，諸多因素影響石灰石粉在水泥混凝土中的作用機理，目前的研究主要集中于石灰石粉的粒徑和摻量對水泥基材料凝結硬化和耐久性能的研究。為了近一步研究石灰石粉對水泥基材料性能的影響，可以在如下方面進行研究：

    1）對摻石灰石粉水泥基材料水化機理的研究。石灰石粉對水泥基材料的水化過程和微觀結構形成的作用機理，還存在一些問題有待深入和完善。例如，石灰石粉影響了水泥基材料水化及水化產物的形成，摻石灰石粉的水泥基材料生成了碳鋁酸鈣，關于穩定存在的單碳鋁酸鈣研究比較多，而對于不穩定存在的半碳鋁酸鈣的生成機理、轉變條件和生成量有待進一步的研究。

    2） 建立摻石灰石粉水泥基材料微觀性能和宏觀性能之間的定量關系。石灰石粉在水泥基材料水化中具有物理作用和化學作用，對水泥基材料的微觀結構特性和宏觀有顯著的影響，然而，摻石灰石粉水泥基材料微觀性能和宏觀性能之間存在著什么關系？如何通過研究石灰石粉在水泥基材料中的物理填充作用和化學結合量，計算石灰石粉的物理填充作用和化學結合量對水泥基材料微觀結構和性能的貢獻度，為改善摻石灰石粉水泥基材料的微觀結構和性能提供依據，有待進一步的研究。

    3） 建立摻石灰石粉水泥基材料抗硫酸鹽腐蝕的數學模型。國內關于摻石灰石粉水泥基材料抗硫酸鹽腐蝕性能的研究較多，都停留在了定性研究的層面，如何定量研究侵蝕破壞的程度與石灰石粉的粒徑和摻量的關系？在此基礎上，如何建立摻石灰石粉水泥基材料抗硫酸鹽腐蝕性能與時間的關系，并建立相應的數學模型，仍然需要進行深入的研究。

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責任編輯：王元

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