湖南省湖湘砂石研究院有限公司 湖南省砂石協(xié)會

方萍

灰?guī)r礦是自然界廣泛存在的礦石。它的主要化學成份是碳酸鈣（CaCO₃），除了用于制作混凝土砂石骨料之外，還可用于生產(chǎn)生石灰、高活性石灰和二氧化碳產(chǎn)品，以及微米碳酸鈣和納米碳酸鈣。下面結(jié)合作者在加拿大多倫多大學的研究工作，著重簡要介紹高附加值的微米碳酸鈣及其在土木工程材料中的應(yīng)用。

將碳酸鈣含量不少于50%的灰?guī)r礦石生產(chǎn)砂石骨料過程中所產(chǎn)生的礦粉加工成微米碳酸鈣，或者是將這種灰?guī)r礦石直接破碎加工成微米碳酸鈣用于水泥混凝土中，能顛覆性改變混凝土性能，這種混凝土具有很好的施工性能、令人滿意的強度，同時具有很小的變形和極好的耐久性，可用在目前普通水泥混凝土不能應(yīng)用的環(huán)境中，如海水工程中和極寒地區(qū)的工程中；而且，這種混凝土獨特的礦物組成和內(nèi)部結(jié)構(gòu)使它還具備高電阻率、低導熱性和分子篩的特性，可以嘗試應(yīng)用在海水凈化和汽車尾氣的環(huán)保治理中。

一、微米碳酸鈣高流變性混凝土

微米碳酸鈣（價格超過2000元/噸）是一種礦物塑化劑，它可以明顯改善低水膠比混凝土的粘性，增加混凝土的和易性。圖1是筆者在多倫多大學試驗室用微米碳酸鈣配制的水膠比僅0.18的超高性能混凝土（UHPC）的流變性。

微米碳酸鈣的這種塑化性，使它能很好的用于UHPC、3D打印混凝土、噴射混凝土和瓷磚粘結(jié)劑中（圖2）。

圖1 微米碳酸鈣UHPC的流動性（水膠比 0.18）

（a）3D打印混凝土 （b）噴射混凝土 （c）瓷磚粘結(jié)劑

圖2微米碳酸鈣高流變性混凝土

二、微米碳酸鈣超高性能混凝土

超高性能混凝土（UHPC）是現(xiàn)在應(yīng)用得越來越廣泛的土木工程材料，圖3為UHPC橋梁。微米碳酸鈣用在UHPC中可以減小混凝土的變形性能，以及大幅度地降低混凝土的水化熱（其水化熱不到 UHPC 的 1/3,亦低于普通混凝土），從而降低混凝土的變形鋼筋用量，大大減少了混凝土成本。

圖3 UHPC橋梁

UHPC 突出的特點是其優(yōu)異的耐久性,而微米碳酸鈣UHPC 的耐久性更優(yōu)于 UHPC。按美國材料試驗標準 ASTM 檢測微米碳酸鈣UHPC 耐久性數(shù)據(jù)，其抗硫酸鹽腐蝕值是 0.0081%, 遠小于 ASTM 0.1%的要求。這說明微米碳酸鈣UHPC 可以用在有硫酸鹽溶液腐蝕的工程中,如在地下水含硫酸鹽的地區(qū)的地下工程,或有硫酸鹽溶液通過的工業(yè)排污管道。微米碳酸鈣UHPC 28 天氯離子滲透系數(shù)為 84 C,只有美國聯(lián)邦公路局檢測的美國市場上6個商業(yè)品牌UHPC中抗氯離子滲透系數(shù)最小的一家302 C的1/4。氯離子滲透系數(shù)是表征混凝土中的鋼筋在混凝土處于有氯離子的溶液中(如海水、地下水或含氯離子的工業(yè)污水)發(fā)生銹蝕的可能性和快慢程度。氯離子滲透系數(shù)越小，發(fā)生鋼筋銹蝕破壞的可能性越低。

綜合以上抗硫酸鹽腐蝕和抗氯離子滲透的優(yōu)秀性能, 微米碳酸鈣UHPC是一種很好的海洋工程材料。微米碳酸鈣UHPC 20個循環(huán)的凍融剝離試驗只有0.01 g/m2, 可以忽略不計, 說明它在反復鹽凍地區(qū)仍有很好的耐久性。

三、其它潛在的應(yīng)用

微米碳酸鈣UHPC具有極低的孔隙率，90%以上的內(nèi)部孔隙都在10納米以下，綜合考慮它的超低電阻率和超高耐久性，可以考慮將它應(yīng)用于其它附加值更高的材料中。

四、結(jié)論

灰?guī)r礦礦石可加工成多種產(chǎn)品，其中包括用途廣泛、附加值高的微米碳酸鈣。微米碳酸鈣除了上面介紹的用途外，還可用于塑料、橡膠、涂料、醫(yī)用等領(lǐng)域。