引言
石灰石粉作为机制砂生产的副产物，其产量约占机制砂总产量的15%～20%，且采用传统方式处理过剩的石灰石粉不仅会造成资源浪费，还会引发环境污染石灰石 。
目前，石灰石粉作为一种非活性掺合料已被广泛应用于机制砂混凝土中，可实现石灰石粉的综合利用，解决粉煤灰、矿渣粉等传统矿物掺合料资源短缺的问题；然而，石灰石粉的掺入不可避免地会影响混凝土的耐久性能，制约其在工程应用中的广泛应用石灰石 。
本文全面综述了石灰石粉对混凝土耐久性能的影响，阐述了不同掺量和不同细度石灰石粉对混凝土抗冻性、抗碳化性、抗氯离子渗透性、抗硫酸盐侵蚀性等耐久性能指标的影响差异，以期为石灰石粉在混凝土工程中的进一步应用提供理论参考石灰石 。
1石灰石粉对混凝土抗冻性能的影响
在寒冷气候条件下，混凝土结构长期经受反复的冻融循环作用石灰石 。在此过程中，混凝土内部孔隙中的水会因结冰而膨胀，进而导致微裂纹不断扩展，最终损害混凝土的耐久性能。混凝土的抗冻性能是指混凝土在含水状态下，历经冻融循环后仍能维持其强度和结构完整性的能力。
研究普遍认为，石灰石粉作为一种掺合料，当掺量较低时，可以在一定程度上改善混凝土的抗冻性能石灰石 。这主要是因为其具有细小颗粒和化学稳定性，能够有效填充混凝土的内部孔隙、提高密实度，从而限制水分进入，并减轻混凝土的冻融压力。例如，王瀚研究发现，石灰石粉对混凝土抗冻性能的改善，主要基于其填充效应和水化促进作用，其中，填充效应可以减少混凝土内部孔数量，改善混凝土孔径分布，优化孔隙结构；水化促进作用主要表现在石灰石粉的成核效应能加速水泥熟料的早期水化，进一步增大混凝土孔隙结构密实性。何智海等研究了石灰石粉细度对混凝土抗冻融性能的影响以及粉煤灰的改善作用，结果表明，掺量为10%的粉煤灰极大地改善了石灰石粉混凝土的抗冻融性能，并接近普通混凝土的抗冻融性能，这主要得益于石灰石粉早期增强和粉煤灰后期活性的互补效应，二者的协同作用使混凝土水化产物相互交叉搭接，形成一个致密的整体结构。
然而，部分研究发现，当石灰石粉掺量较大时，会对混凝土的抗冻性能产生不利影响，且石灰石粉的比表面积越大，这种不利影响相对越小石灰石 。例如，文俊强研究发现，在冻融循环200次的情况下，石灰石粉掺量为30%的混凝土的质量损失率达3.84%，抗冻性能明显下降。TSIVILISS等研究了20%石灰石粉内掺对混凝土抗冻性的影响，发现石灰石粉之所以会降低混凝土的抗冻性能，原因在于其活性较低，会减少水泥的水化产物，从而降低混凝土内部胶凝浆体的粘聚性，最终导致机制砂混凝土的抗冻性降低。周立民等研究了石灰石粉对混凝土干燥收缩及抗冻性能的影响，结果表明，低掺量的超细石灰石粉可以抑制混凝土的干燥收缩，石灰石粉的掺入降低了混凝土的抗冻性，石灰石粉的细度越大，对混凝土抗冻性能的影响越小。袁航等研究发现，石灰石粉在细化孔结构的同时，可能会导致细化后的孔径范围达到最容易遭受冻融破坏的10～100nm孔径分布区间，致使混凝土的抗冻性能下降。郭育霞等研究发现，随着石灰石粉细度的增大，其活性效应与晶核效应发挥越显著，能够加速C3S的水化；此外，石灰石粉中的碳酸钙与水泥中的铝酸三钙反应生成的碳铝酸盐，可与其他水化产物相互搭接，形成三维网状结构，使水泥石结构更密实，从而减弱了掺石灰石粉对混凝土抗冻性的劣化影响。宋少民等研究发现，当石灰石粉掺量超过10%时，会导致混凝土总体熟料含量减少，使石灰石粉的填充效应无法充分发挥，混凝土的密实度下降，其抗冻融循环能力和抗冻性也随之下降。
综上所述，石灰石粉对混凝土抗冻性能的影响具有双重性石灰石 。在掺量较低时，石灰石粉的填充效应和水化促进作用有助于改善混凝土的抗冻性能；但当掺量较高时，石灰石粉可能会对混凝土的抗冻性能产生不利影响。值得注意的是，随着石灰石粉细度的增加，其对混凝土抗冻性能的负面影响会有所减弱。因此，在实际工程应用中，应合理控制石灰石粉的掺量和细度，以充分发挥其对混凝土抗冻性能的积极作用，避免潜在的负面影响，确保混凝土在寒冷气候下的长期耐久性。
2石灰石粉对混凝土抗氯离子渗透性能的影响
随着沿海地区混凝土结构的广泛应用，氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀逐渐成为影响混凝土结构耐久性的主要因素石灰石 。当氯离子渗入混凝土内部后，会破坏钢筋的钝化膜，导致钢筋锈蚀、膨胀并产生裂缝，从而影响混凝土结构的完整性和使用寿命。在此背景下，抗氯离子渗透性能成为衡量混凝土在氯离子侵蚀环境中维持强度与结构耐久性的核心指标。
研究普遍认为，适量的石灰石粉能提高混凝土的密实度与抗氯离子渗透能力，这主要得益于其填充效应、稀释效应、成核效应及其与其他掺合料的协同作用石灰石 。孟祥杰指出，石灰石粉的微集料效应增强了混凝土的密实性，使低掺量石灰石粉混凝土的抗氯离子渗透性能有所提升。宋少民等研究发现，10%掺量的石灰石粉对中等强度等级混凝土的抗氯离子渗透性能具有改善作用。戚传康基于Fick第二扩散定律，建立了复合石灰石粉混凝土抗氯离子侵蚀寿命预测模型，并从物理和化学2个层面剖析了混凝土抗氯离子渗透性能的提升机制，一是较大粒径的水泥颗粒、中等粒径的粉煤灰与矿渣颗粒和较小的石灰石粉颗粒使胶凝材料形成良好的微级配，减少了水化过程和硬化浆体的孔隙，改善了孔结构；二是粉煤灰与矿渣粉的火山灰效应促进了二次水化的进行，增大C-S-H凝胶的生成量，而C-S-H凝胶极易将氯离子吸附在表面，并将其固定在表面，从而阻碍了氯离子的渗透。武业枕等研究了不同水胶比及石灰石粉等矿物掺合料对复合石灰石粉混凝土耐久性能的影响，结果表明，在矿物掺合料总掺量固定为50%的情况下，加入石灰石粉可以优化复合石灰石粉混凝土胶凝材料体系的颗粒级配，从而改善其抗冻融和抗氯离子侵蚀性能。文俊强从3个维度孔参数（孔面分形维数、孔轴分形维数、孔体积分形维数）研究了含石灰石粉混凝土的孔结构对氯离子渗透性能的影响，结果表明，这3种参数影响因素的显著性依次为孔轴线曲折度＞孔空间分布特征值＞孔表面粗糙度；此外，石灰石粉的掺入会导致混凝土的孔曲折度增大，这是因为石灰石粉的细小颗粒填充或堵塞混凝土中的孔隙，使孔通道变得弯曲，进而增大了整个混凝土内部孔的曲折度，混凝土的抗渗性随之增大。宋少民等研究了不同比例的超细石灰石粉与低品质粉煤灰复掺后对混凝土耐久性能的影响，结果表明，在胶凝材料用量相同时，随着石粉替代量的增加，混凝土的氯离子渗透系数略有增大，对混凝土的抗冻性没有明显影响。
综上所述，石灰石粉在提升混凝土抗氯离子渗透性能方面成效显著石灰石 。当石灰石粉适量掺入时，其通过多种效应以及与其他掺合料的协同作用，可提高混凝土的密实度和抗渗性能。此外，考虑到石灰石粉掺量对混凝土氯离子扩散系数的影响较为复杂，受外加剂、水胶比等因素的制约，因此，在实际应用中，必须科学控制其掺量，并综合考量各相关因素，以确保混凝土结构在氯离子侵蚀环境中的长期耐久性。
3石灰石粉对混凝土抗碳化性能的影响
混凝土的碳化是指空气中的CO2通过混凝土的孔隙渗入其内部，与水泥中的碱性物质（Ca(OH)2）发生反应生成碳酸盐（CaCO3）和水，进而导致混凝土碱性降低的过程石灰石 。混凝土的碳化会破坏钢筋表面的钝化膜，导致钢筋在水和空气的作用下更易发生锈蚀。
大部分研究表明，仅在细度适宜且掺量较低的情况下，石灰石粉才会对混凝土的抗碳化性能起到改善作用石灰石 。例如，王德辉等研究了不同石灰石粉粒径（比表面积500、650、800、950m2/kg）和掺量（0%、10%、20%、30%、40%、50%）对混凝土抗碳化性能的影响，结果表明，在不同龄期下，混凝土的碳化深度随着石粉粒径与掺量的变化，均呈先减小后增大的趋势，其中，当石灰石粉的比表面积为650m2/kg、掺量为10%时，混凝土在各龄期下的碳化深度最小。熊远柱研究了不同细度（比表面积511、619、779m2/kg）和不同掺量（0%、10%、20%、30%）的石灰石粉对混凝土抗碳化性能的影响，结果表明，混凝土的碳化深度随着石灰石粉掺量的增加而增大，随着石灰石粉细度的增加而减小，其中，当石灰石粉的比表面积分别为619、779m2/kg，掺量均为10%时，混凝土的抗碳化性能得以改善；这主要是因为石灰石粉的增加伴随着水泥的减少，水化产物Ca(OH)2也随之减少，导致混凝土碱性降低，碳化加剧，而细颗粒的石灰石粉改善了混凝土的孔结构，在一定程度上抵消了Ca(OH)2减少所引起的混凝土碱性降低。贾福萍等研究了比表面积为350m2/kg的石灰石粉在10%、20%、40%掺量下对混凝土抗碳化性能的影响，结果表明，混凝土的碳化深度随着石灰石粉掺量的增加而增大，当石灰石粉掺量为10%时，混凝土的碳化深度最小；这是因为当石灰石粉掺量较高时，水泥含量相应减少，石灰石粉所提供的填充效果不足以弥补因水泥水化产物减少对孔隙结构造成的影响，使混凝土的孔隙率增加、密实性降低，为CO2渗透创造了有利条件，从而降低了其抗碳化能力；同时，由于石灰石粉的加入，混凝土中的碱性成分减少，促使CO2更易向内部扩散，且石灰石粉掺量越大，混凝土的碳化深度越大。孟祥杰研究发现，比表面积为560m2/kg的石灰石粉，当掺量在60㎏/m3（18%）以下时，混凝土的碳化深度无明显变化；而当石灰石粉的掺量高于60㎏/m3时，会导致混凝土的密实度降低，碳化加剧。
聂超柱等研究了比表面积为350、435、650m2/kg的石灰石粉在不同掺量下分别取代水泥对混凝土抗碳化性能的影响，发现石灰石粉取代水泥的增多会导致单位体积混凝土中水泥熟料水化产生的可碳化物质减少，降低混凝土表面的可碳化能力；较大的比表面积有利于取代水泥后更好地填充孔隙，稳定钙矾石并抑制其向硫铝酸盐的转变，增大水化产物固相面积，降低孔隙率，阻止二氧化碳扩散，提高抗碳化能力石灰石 。王翰研究发现，石灰石粉在混凝土抗碳化性能中发挥的作用有填充效应、降低碱性、加速早期水化，当石灰石粉掺量较大时，降低碱性带来的不利影响会超过填充效应和加速早期水化所带来的有利影响，混凝土的抗碳化能力降低。宋少民等研究发现，当石灰石粉掺量高于10%时，随着石灰石粉掺量的增加，混凝土的抗碳化性能缓慢降低，但石灰石粉掺量低于30%时混凝土的抗碳化性能均能满足要求。
综上所述，当石灰石粉掺量为10%、细度为600～700m2/kg时，可对混凝土的抗碳化能力起到改善作用石灰石 。根据GB/T50082-2024《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》规定，抗碳化试验中的二氧化碳浓度保持在20.0%±0.5%，而实际环境中二氧化碳浓度仅为0.04%，试验浓度远大于实际环境浓度，且混凝土的碳化是一个极其缓慢的过程，故掺加适量的石灰石粉对混凝土的抗碳化性能不会产生较大的负面影响。
4石灰石粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响
混凝土表面随着时间推移可能会在环境影响下产生腐蚀现象，硫酸盐是导致其腐蚀的重要因素石灰石 。混凝土的硫酸盐腐蚀是指硫酸盐离子通过混凝土空隙进入混凝土内部结构，与混凝土中氢氧化钙等物质反应，生成的产物膨胀破坏混凝土内部结构。
部分研究认为，在硫酸盐侵蚀下，石灰石粉的掺加会导致侵蚀产物石膏的形成，进而使混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能降低石灰石 。例如，肖佳等采用5%硫酸钠溶液，对水泥-石灰石粉胶砂试件进行长期浸泡腐蚀试验，结果表明，在硫酸盐侵蚀下，石灰石粉的加入降低了混凝土的抗渗性，致使外部硫酸盐与Ca(OH)2反应，增加了侵蚀产物石膏的生成，使混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能降低。罗素蓉等为了提高掺石灰石粉混凝土在硫酸盐环境下的耐久性能，研究了掺石灰石粉混凝土抗硫酸盐侵蚀性能以及粉煤灰/矿粉改善机理，结果表明，石灰石粉的掺入增加了侵蚀产物中石膏的含量，从而引起混凝土试件抗侵蚀性能的下降。
一般认为，在硫酸盐侵蚀下，掺入石灰石粉的砂浆或混凝土最终会因碳硫硅钙石的形成而破坏，但在碳硫硅钙石形成之前，有石膏和钙矾石的形成，目前对于导致混凝土或砂浆膨胀破坏的主要产物，还存在争议石灰石 。
此外，IRASSAREF等研究发现，使用粉煤灰或矿粉与石灰石粉进行双掺，可以改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，这主要是因为粉煤灰和矿粉可以减少石膏的生成量石灰石 。唐志等研究了不同硫酸盐环境对掺石灰石粉水泥基材料性能的影响，结果表明，硫酸镁溶液浸泡后的样品主要为石膏型化学侵蚀，硫酸钠溶液浸泡后的样品主要为芒硝型物理侵蚀；为了减少砂浆的硫酸盐腐蚀，在硫酸镁环境下，应提高砂浆的抗渗性，而在硫酸钠环境下，应尽量减少砂浆表面的干湿循环。
也有研究认为，加入石灰石粉可以提高混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，文俊强研究发现，强碱溶液或高浓度硫酸盐腐蚀3个月，对含石灰石粉混凝土没有形成侵蚀破坏，反而强度有所增加；强酸腐蚀3个月，含石灰石粉混凝土的腐蚀现象较明显，但增大石灰石粉的比表面积可以明显改善混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，这主要与硫酸根离子对掺合料的激发作用有一定的关系石灰石 。罗素蓉等研究发现，粉煤灰/矿粉与石灰石粉互掺时表现出互补的协同效应，改善了掺石灰石粉混凝土抗硫酸盐干湿循环侵蚀的性能；当胶凝材料采用66%水泥、17%石灰石粉、17%矿粉时，制备的混凝土表现出优异的抗侵蚀性能。
综上所述，石灰石粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响，学界观点不一石灰石 。多数学者认为，掺入石灰石粉会降低混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，争议主要集中在导致混凝土或砂浆膨胀破坏的主要侵蚀产物；也有研究认为，石灰石粉可以提升抗硫酸盐侵蚀性能。这表明石灰石粉对混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响较为复杂，在工程应用中需综合考虑多种因素谨慎使用，未来应深入研究其作用机制，进一步展开试验研究。
结语
石灰石粉作为一种重要的非活性掺合料，在改善混凝土耐久性能方面具有广泛的应用前景石灰石 。当石灰石粉掺量控制在10%左右时，对混凝土的抗冻性能、抗氯离子渗透性能及抗碳化性能均有积极的改善作用；当石灰石粉细度为600～700m2/kg左右时，对混凝土抗碳化性能的提升效果最为显著。因此，适量掺入石灰石粉，不仅能增强混凝土的结构密实性，降低孔隙率，减少离子的扩散路径，提高混凝土的耐久性能；还能有效解决粉煤灰、矿渣供应不足问题，降低水泥用量，减少碳排放，对推动低碳混凝土的可持续发展具有重要意义。此外，将石灰石粉与粉煤灰或矿粉进行复掺，有助于进一步改善混凝土的抗氯离子渗透性能与抗硫酸盐侵蚀性能。尽管石灰石粉对混凝土的部分耐久性能指标展现出了优异的提升效果，但其作用机制尚需进一步研究，特别是针对不同环境条件下石灰石粉改性混凝土的耐久性能研究尚不充足。在实际工程应用中，必须充分考虑环境条件和材料特性，选取合适的石粉掺量，确定合适的配合比，以实现石灰石粉的最优使用效果。此外，石灰石粉的使用还应充分考虑其对混凝土力学性能的影响，以实现混凝土性能的综合优化。（来源：《混凝土世界》2025.06）