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現(xiàn)代混凝土正朝著高強(qiáng)度、高性能方向發(fā)展，除了在混凝土中摻入高效減水劑、磨細(xì)粉煤灰，提高水泥用量和強(qiáng)度等級(jí)外，摻超細(xì)礦粉是提高混凝土強(qiáng)度和性能的又一個(gè)有效途徑。優(yōu)質(zhì)的活性礦渣微粉具有很好的膠凝作用，能促進(jìn)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展、減少水泥用量、降低混凝土水化熱，并可減少混凝土拌合物用水量、增加流動(dòng)度、抑制堿骨料反應(yīng)等作用。
    礦渣是煉鐵過(guò)程中排出的工業(yè)廢料，每煉1t鋼鐵約有0.3t的礦渣，其主要化學(xué)成分是SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。經(jīng)水淬急冷后的礦渣，其中玻璃體含量多，結(jié)構(gòu)處在高能量不穩(wěn)定狀態(tài)，潛在活性大，但須經(jīng)磨細(xì)才能使其潛在活性發(fā)揮出來(lái)。當(dāng)超細(xì)礦渣比表面積大于4660cm2/g時(shí)，在混凝土中1kg礦渣對(duì)28d齡期強(qiáng)度的作用將超過(guò) 1kg 水泥的作用。
    摻入超細(xì)礦渣粉能較好地提高混凝土的強(qiáng)度，其機(jī)理是礦渣在二次水化反應(yīng)中吸收大量的CH晶體，使混凝土，尤其是在界面區(qū)的CH晶粒變小、變少，由于CH被大量吸收掉，從而促進(jìn)了C3S、C2S 的水化反應(yīng)速度，改善了混凝土的微結(jié)構(gòu)，提高了水泥石與骨料界面粘結(jié)強(qiáng)度及改善了水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)，從而提高了混凝土的密實(shí)性，使摻超細(xì)礦渣混凝土的早期強(qiáng)度少受或不受影響，而后期強(qiáng)度因超細(xì)礦渣不斷水化使強(qiáng)度增長(zhǎng)較多。超細(xì)礦渣取代水泥量越大，則混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率也越大。
 
1　礦渣微粉對(duì)混凝土性能的影響
選擇的礦渣微粉其性能見(jiàn)表 1。
1.1　礦渣微粉摻合料對(duì)水泥流動(dòng)度和凝結(jié)時(shí)間的影響
    本試驗(yàn)用明峰42.5級(jí)普通水泥，分別摻Ⅱ級(jí)粉煤灰和礦渣微粉作摻合料等量取代水泥，配成膠凝材料，用萘系SP8高效減水劑，摻量為膠結(jié)材的1.8%（液體），進(jìn)行流動(dòng)度測(cè)定，如表2所示。編號(hào)101為無(wú)摻合料的明峰水泥凈漿，流動(dòng)度為170mm；編號(hào)102為用15%粉煤灰等量取代水泥凈漿，流動(dòng)度為 170mm，與編號(hào)101相同；編號(hào)103和104，分別用15%和30% 礦渣微粉先等量取代水泥凈漿，其流動(dòng)度分別為 220mm和 265mm；又做了一組對(duì)比試驗(yàn)——編號(hào)105無(wú)礦粉摻合料凈漿與編號(hào)106摻30%取代水泥凈漿，前者流動(dòng)度為240mm，后者為280mm。上述試驗(yàn)證明，同樣的外加劑摻量和用水量，摻入礦粉摻合料后，流動(dòng)度明顯增大，說(shuō)明礦粉可大大改善混凝土工作性能。

表 1　礦渣微粉的性能  ％

表 2　礦粉摻合料對(duì)水泥流動(dòng)度影響

    礦渣微粉摻合料還能明顯延緩水泥凝結(jié)時(shí)間，見(jiàn)表3所示，編號(hào)201為無(wú)摻合料的水泥凈漿，初凝時(shí)間2h10min，終凝時(shí)間2h50min，編號(hào)202和203，分別摻高效減水劑和粉煤灰，也均能延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間；而摻入30% 礦渣微粉（取代等量水泥）的編號(hào)204，初凝時(shí)間延長(zhǎng)到6h05min，終凝時(shí)間達(dá)6h55min。適當(dāng)延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間，對(duì)大體積混凝土非常有利，可防止水化熱的集中釋放，降低水化熱帶來(lái)的不利影響，特別是高強(qiáng)混凝土，通常使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且水泥用量大、水化放熱速度快，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差超過(guò) 30℃時(shí)，混凝土有開(kāi)裂的危險(xiǎn)，摻入超細(xì)礦渣對(duì)控制混凝土溫升有顯著作用。當(dāng)摻入 30%~40%、比表面積為 450~600m2/kg 的超細(xì)礦渣時(shí)，水化熱可降低 40~70kJ/kg。對(duì)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)谋盟突炷烈卜浅Ｓ欣蓽p少坍落度損失。

表3　礦渣微粉對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

1.2　礦渣微粉摻合料對(duì)提高混凝土性能作用
    礦渣微粉摻合料適用于配制中高等級(jí)泵送混凝土，即適用于42.5級(jí)水泥配制的混凝土中，一般工程C35~C40等級(jí)混凝土用的相當(dāng)多，用礦渣微粉等量取代部分42.5級(jí)水泥，既能降低成本，又能顯著改善混凝土性能。見(jiàn)表4。

表4　不同摻量的超細(xì)礦渣對(duì)混凝土的性能影響

注：水泥為明峰水泥廠P.O42.5；碎石為5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配。
    表中采用相同原材料而不同摻量的礦渣微粉進(jìn)行了試配，其結(jié)果：礦渣微粉摻量為20%、30%、50% 的混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度分別為55.6MPa、56.3MPa、58.1MPa，是不摻礦粉混凝土強(qiáng)度的103%、104%和107%。而28d以后對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)則更大些。隨著礦粉摻入及摻量的遞增，水膠比降低，而坍落度增大，既能提高混凝土密實(shí)性，又能改善混凝土性能。但從早期強(qiáng)度考慮取代水泥量宜在20%~30%。
 
2　礦渣微粉摻合料配制高強(qiáng)、高性能混凝土
    高性能泵送混凝土特點(diǎn)：具有高強(qiáng)度、高工作性和高耐久性，它不僅可減小結(jié)構(gòu)斷面，減輕建筑物自重，而且能提高混凝土抗?jié)B、抗凍、抗碳化等耐久性能。高性能混凝土拌合物應(yīng)具有大流動(dòng)性、可泵性、坍落度經(jīng)時(shí)損失小，在混凝土硬化過(guò)程中，水化熱低、硬化后結(jié)構(gòu)致密、強(qiáng)度高的特點(diǎn)，而低水膠比是混凝土達(dá)到高性能的必要條件之一。低水膠比能產(chǎn)生較低的孔結(jié)構(gòu)和滲透性，才能提高混凝土的密實(shí)性，增大混凝土強(qiáng)度和耐久性。
    為了滿足高性能混凝土泵送需要，混凝土必須具有較大流動(dòng)度，為解決低水膠比和大流動(dòng)度這對(duì)矛盾，除必須摻入與水泥相容性好的優(yōu)質(zhì)高效減水劑外，摻活性礦渣微粉（選擇的礦渣微粉其物理性質(zhì)及化學(xué)組成如表5），也是十分重要的組成材料之一。在較低水灰比條件下即能配制密實(shí)性良好的高強(qiáng)度、高性能的混凝土，如表6所示，四種外加劑和礦渣微粉同時(shí)摻用，28d混凝土抗壓強(qiáng)度都較高，其中編號(hào)1和編號(hào)2坍落度分別達(dá)190mm 和200mm，水膠比都為0.28，28d抗壓強(qiáng)度都超過(guò)80 MPa，外加劑 F-SP8、JA2 和礦渣微粉雙摻使用更為理想。

表5　礦渣微粉物理性質(zhì)及化學(xué)組成  %

表 6　不同外加劑對(duì)摻超細(xì)礦渣混凝土性能影響

注：水泥為明峰 P.O42.5，礦粉摻總膠量的25%，外加劑（粉體）摻總膠量的1.0%。碎石為 5～25mm 的連續(xù)級(jí)配，中砂細(xì)度模數(shù)2.8。
    對(duì)表6中編號(hào)1的配比重新試配，做一組性能試驗(yàn)，結(jié)果如表7所示：60d抗壓強(qiáng)度比28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)約10%，28d以后強(qiáng)度增長(zhǎng)較高，軸心抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈裂抗拉強(qiáng)度、彈性模量等性能都較高，耐久性也較好。礦渣微粉對(duì)這些性能起著重要的作用，是配制高強(qiáng)度、高性能混凝土的重要摻合物。

表 7　混凝土性能

不同品種摻合料與混凝土性能也有所不同，如表8所示，在混凝土坍落度相似情況下，編號(hào)1-1和2-1水膠比小，強(qiáng)度高、混凝土容重大，滿足高性混凝土的要求。而編號(hào)1-2和2-2摻Ⅱ級(jí)粉煤灰，各種性能均比前者差，說(shuō)明選用的摻合料必須具有較大反應(yīng)活性。礦渣微粉作為摻合料在混凝土中使用，具

表 8　不同品種摻合料與混凝土性能關(guān)系

注：粉煤灰為Ⅱ級(jí)粉煤灰，外加劑為 F-SP8，其他原材料與表 6 相同。
    有較高反應(yīng)活性、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，與水泥組成二元復(fù)合膠凝材料，能提高水泥石與骨料界面粘結(jié)強(qiáng)度及改善水泥漿體的孔結(jié)構(gòu)，在同時(shí)摻入高效減水劑后，在較低水膠比條件下，能制得密實(shí)性較大的高強(qiáng)、高性能混凝土。
 
3　結(jié)論
    在配制泵送混凝土和高性能混凝土中，礦渣微粉是一種很好的輔助膠凝材料。
    （1）礦渣微粉可等量取代水泥，大大節(jié)約水泥用量，降低水化熱，減少溫度應(yīng)力造成的混凝土裂縫。
    （2）由于礦粉需水量低，可降低混凝土水膠比，增加混凝土的流動(dòng)性，易泵送，改善混凝土和易性，提高新拌混凝土內(nèi)聚性，改善水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)，增大混凝土密實(shí)性，從而提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。
    （3）當(dāng)?shù)V渣微粉摻量超過(guò)30%時(shí)，隨著礦渣微粉等量取代水泥的增加，混凝土早期強(qiáng)度有所降低，礦渣微粉摻量以20%~30% 等量取代水泥較適宜。在澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)加強(qiáng)濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)，冬期施工應(yīng)盡量采取保溫措施。
    （4）特別適合于高強(qiáng)、高流動(dòng)性、大體積等混凝土的使用。