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1、矿渣微粉在商品混凝土中的应用分析271608山东鲁泰建工集团王兆国摘要 本文介绍了国内矿渣微粉的应用情况，并分析了矿渣微粉对商品混凝土性能的影响，说明了将矿渣微粉与I级粉煤灰复合配制商品混凝土可以发挥优势互补效应，使混凝土的性能得到进一步改善。阐述了矿渣微粉在商品混凝土应用过程中应注意的问题。关键词 矿渣微粉商品混凝土 应用1 引言矿渣属于工业固体废料的一种，是高炉炼铁过程中排出的废渣，一般占生铁产量的25%60%，估计我国矿渣年产量在6000万吨左右，因其独特的冷却方式而使其玻璃体结构内含有较高的能量，有潜在的水硬性，主要用作水泥的混合材，而且主要采用与水泥熟料混合磨工艺。根据统计，水泥国标
2、GB/T17671-1999标准实施以前，P.S425矿渣水泥中的掺量在30%左右，基本上为国家标准中矿渣水泥允许掺量70%的一半。影响矿渣掺量的主要原因是：由于矿渣和水泥熟料硬度和易磨性存在较大的差异性，导致混合磨水泥中矿渣组分平均粒径较大。有研究表明在球磨机中粉磨矿渣水泥至比表面积340380m2/kg，其中矿渣的实际比表面积仅为250280 m2/kg左右，严重制约了矿渣潜在水硬活性的发挥，活性难以提高，从而影响水泥强度。一般说，矿渣掺量35%可以采用混合粉磨。随着我国粉磨技术向超细领域的发展，超细矿渣在水泥和混凝土中的作用愈来愈受到用户的青睐。但要使其潜在的活性发挥出来，必须将其粉磨到
3、勃氏比表面积在500600 m2/kg左右。当粒化高炉矿渣得到超细粉磨后，由于其玻璃体结构的破坏，使其潜在的活性被激发出来。当它作为水泥混合材时，可以吸收其中的CaO，从而增加水泥的安定性，且能加速水泥水化的进程，吸收水泥水化时形成的Ca(OH)2从而增加水泥的强度。所以，超细矿渣粉用于混凝土中时，是生产高标号混凝土必不可少的添加剂，可替代30%50%的水泥用量，节约材质；而掺加到水泥中时，在保证强度不变的前提下，可以提高矿渣掺量3060，减少熟料的掺量，从而降低水泥的成本，节省能源，给企业带来更高的经济效益，在混凝土配置中使用，可明显改善混凝土的性能，满足工程需要。2 矿渣微粉在国内的应用情
4、况在我国，矿渣运用的历史久远，但都是作为活性混合材添加在水泥熟料中，成为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。随着国际上对矿粉研究地不断深入和大规模地开发利用，我国20 世纪80 年代改革开放的力度不断加大，预拌混凝土的迅速发展以及政府日益注重的环境保护，自20 世纪90 年代起，我国开始了矿粉的特性及应用研究工作。1998 年上海市实施地方标准混凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉，1999 年粒化高炉矿渣微粉在混凝土中应用技术规程颁布。2000 年国家标准用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉( GB18046 - 2000) 颁布，2002 年国家标准高强、高性能混凝土用矿物外加剂颁布，在该标准
5、中正式将矿渣微粉命名为“矿物外加剂”纳入混凝土第六组分。磨细矿渣作为一个独立的产品出现在建筑市场，广泛应用于商品混凝土中。矿粉的应用逐渐成熟，并被广泛接受和使用。据不完全统计，仅上海每年用于商品混凝土和掺加在水泥中的矿粉已达到80 万吨，2007年全国的矿渣微粉用量已达到估算达到1000万吨。3 矿渣微粉对混凝土性能的影响3.1 矿粉细度( 比表面积) 及其对混凝土强度的影响磨细矿渣微粉磨到一定细度(比表面积) ，才能充分参与水化反应提高活性。矿粉细度大小直接影响矿粉的增强效果，原则上矿粉细度越大则效果越好，但矿渣过细粉磨困难，成本大幅度增加。综合考虑矿粉的细度以400600 m2/kg 为佳
6、。但实际应用中，由于矿渣较难磨细，考虑到磨机效率，矿渣磨细到400 m2/kg500 m2/kg已经比较好了。从颁布执行的GB/ T18046 - 2000 标准来看，只要将矿渣比表面积控制在420 m2/kg450 m2/kg 即可满足标准中S95级要求。这样，即可满足预拌混凝土公司配制C60混凝土的要求。另外，仅用比表面积作为矿渣粉的质量指标是不够严谨的，因为不同粉磨系统制备的磨细矿渣，即使比表面积相同，其活性指数(特别是7d 龄期时) 也不一定相同。3.2矿粉对混凝土耐久性的影响(1) 矿粉降低水泥的水化热混凝土在硬化时，水泥水化反应产生大量水化热。在混凝土内部和表面形成较大温差。导致不
7、均匀温度变形和温度应力，一旦拉应力超过混凝土即时抗拉强度，就会在混凝土内部或表面产生裂缝。对混凝土的耐久性十分不利。应用42.5 普通硅酸盐水泥及矿粉和粉煤灰进行试验，得出结论为：混凝土中掺加矿粉可降低浆体的水化热，单掺量小于50 %时，水化热降低不明显。当达到70 %掺量时，3d、7d 的水化热明显降低；矿粉和粉煤灰复配，可显著降低浆体3d、7d 的水化热。对要求严格控温的大体积混凝土，矿粉和粉煤灰复配是理想的矿物掺合料，可有效减少混凝土早期温缩裂缝。(2) 矿粉提高混凝土抗渗性能矿渣微粉对混凝土抗渗性的改善主要取决于它的火山灰效应和微集料效应两个综合效应。火山灰效应；矿渣改变了胶结料与集料
8、的界面粘结强度，改善了混凝土的微观结构，使水泥浆体的孔隙率明显下降，强化了集料界面粘结力，从而使混凝土的抗渗性能提高。微集料效应：矿渣微粉可起到填充水泥颗粒间隙的微集料作用，从而改善了混凝土的孔结构，降低了孔隙率，并减少了最大孔径的尺寸，使混凝土形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系，大幅度提高了混凝土的抗渗性能，同时也防止了泌水、离析。从一些参考文献中得知，混凝土中掺加矿粉或矿粉和粉煤灰复配，发挥掺合料的微集料效应和二次水化反应， 可以使混凝土孔径细化，连通孔减少，混凝土密实性提高，从而大幅提高混凝土的抗渗性能。3.3 矿粉和粉煤灰复掺对混凝土工作性能及力学性能的影响为保证混凝土的可泵
9、送性，商品混凝土要求有很好的流动性。矿渣和I 级粉煤灰复合掺加，两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加，形成“工作性能互补效应”和“强度互补效应”，使混凝土具有良好的抗渗性和可泵性。(1) 混凝土“工作性能互补效应” 新拌混凝土，发挥粉煤灰的“形态效应”。粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“润滑作用”，增大了拌合料的流动性，减小泵送阻力，改善由于矿粉的掺入所导致的混凝土粘聚性提高、泌水性增加的趋势，使新拌混凝土得到最佳的流动性和粘聚性。(2) 混凝土“强度互补效应” 粉煤灰和矿渣微粉二者复合使用可兼顾混凝土早期强度与后期强度，早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构；后期
10、发挥I 级粉煤灰的火山灰效应所带来的孔径细化作用以及未反应的粉煤灰颗粒的“内核作用”，使混凝土后期强度持续得到提高。4矿粉在商品混凝土搅拌站中应用时应注意的问题(1) 使用球磨机粉磨矿渣微粉时应加强检测，严格控制矿粉的细度。大型立磨矿渣粉生产线生产的矿渣粉细度均控制在400m2/ kg500 m2/ kg的范围内。由于其先进的生产工艺，矿渣粉的细度非常稳定。而球磨机粉磨矿渣微粉的细度较难达到400 m2/ kg 以上，如果通过延长磨细时间，勉强达到400 m2/ kg以上，也难以长期稳定。一旦矿粉细度大幅度降低，会给混凝土带来很多问题，如：粘聚性下降，出现离析和泌水；凝结时间延长；早期强度降低
11、，甚至28d 强度也会不同程度降低等。因此，在使用球磨矿粉时应加强检测，严格控制矿粉的细度。(2) 注意矿粉的掺量单掺矿粉时，以30 %40 %为宜。大体积混凝土可增至50 %以上，以达到明显降低水化热的目的。复掺时，总取代量不宜超过50 %。粉煤灰控制在20 % 以内，矿粉控制在30 %以内。初期使用时，最好粉煤灰控制在10 %以内，矿粉控制在20 %以内，大体积混凝土可适当放宽。过大的掺量在实际应用中应当注意许多的问题。掺量过高时，薄壁结构由于混凝土温度很快与环境温度相同，其混凝土的凝结时间会明显加长，不利于施工。对于竖向结构，由于混凝土长期处于塑性状态，会使混凝土发生较大沉降收缩，常常出
12、现沿箍筋的环行裂缝。对于大体积混凝土，由于它能积聚水化热，凝结时间往往比试验要短的多。因此采用大掺量矿渣微粉或矿渣微粉与粉煤灰复配可降低水化热，延缓凝结时间，对大体积混凝土是比较有利的。另一个是混凝土粘聚性，随着混凝土强度等级提高，混凝土的粘聚性不断增加，这样就会给配制混凝土带来一定的困难。低强度等级混凝土粘聚性差，需要设法增加其粘度，减少混凝土离析泌水的可能;高强度等级混凝土粘聚性大，需要设法降低其粘度来保证施工性能。由于细度达到400m2/kg 以上的矿渣微粉可增加混凝土粘度，因此它有利于低强度等级混凝土而不利于高强度等级混凝土配制。配制高强度混凝土时需要矿渣微粉和可以降低混凝土粘度的优质
13、I 级粉煤灰复合使用。(3) 复掺时，针对不同等级粉煤灰，选择合适的复合比例。矿渣微粉在商品混凝土搅拌站使用时，常与粉煤灰复合使用。这是因为粉煤灰比矿粉更为廉价，单掺矿渣微粉对混凝土成本不利。虽然单掺粉煤灰可以大幅度降低成本，但掺量受到较大限制；另外，矿渣微粉和粉煤灰复配时能充分利用二者的“优势互补”，改善混凝土性能。矿渣微粉I 级粉煤灰复合使用应是最佳组合。粉煤灰可控制在20 %以内，矿粉可以控制在40 %以内，它们之间的比例可以根据不同强度等级，不同技术要求进行调整。(4) 注意矿粉(或矿粉和粉煤灰复掺) 混凝土的养护当养护温度适宜、湿度较大时。混凝土中水分蒸发少，水化充分，孔隙率及孔隙平
14、均尺寸减小，同时由于水化产物阻隔了水分子通道，使得开口孔隙数量减少，可发挥“储备”作用的闭合孔数量增加，因此，建立良好的养护制度有利于提高混凝土的抗冻性能。矿渣微粉(或矿渣微粉和粉煤灰复掺) 混凝土对养护条件要求更为苛刻。因此商品混凝土搅拌站技术人员应加强与施工方沟通，确保混凝土的养护条件。受施工进度、结构形式、养护手段和人员素质等方面因素的影响，混凝土的养护经常得不到重视。特别是竖向结构，如剪力墙、柱等，由于不便养护，一些单位只是涂刷养护剂，而养护剂的效果很难在短期验证，使混凝土的养护出现不少问题。在矿渣微粉或矿粉和粉煤灰复合掺加的情况下，更需要加强养护，只有充分养护才能发挥掺合料的作用。(
15、5) 注意调整混凝土的凝结时间磨细矿渣对混凝土的凝结时间与不掺磨细矿渣的普通混凝土相比，具有一定的缓凝效果。混凝土的初凝、终凝时间比基准混凝土推迟1h2.5h 。因此，商品混凝土公司应注意调整混凝土的凝结时间，特别是冬季施工，应调整混凝土配合比，控制混凝土中的矿粉掺量和使用早强型减水剂。(6) 注意混凝土用水量的调整磨细矿渣与高效减水剂复合使用时，具有辅助减水的功能，与只掺高效减水剂的普通水泥的混凝土相比，在保证混凝土初始坍落度相同的情况下，可以减少用水量。5 结束语随着混凝土技术的发展，对混凝土的耐久性越来越重视，而配制耐久性混凝土的途径之一就是掺加包括矿渣微粉在内的矿物掺合料。大型立磨矿渣
16、技术在我国的快速发展，使大量细度在400 m2/kg 的矿渣微粉得到广泛应用。矿渣微粉的大量应用，改变以往仅以粉煤灰为主要掺合料的局面。对于商品混凝土搅拌站而言，这种矿粉的出现给我们配制混凝土带来了很大的方便，随着矿渣微粉研究和应用的不断深入，混凝土质量会逐步改善。同时，矿渣微粉的应用，可以克服仅掺粉煤灰时取代水泥量有限的弱点，可以进一步降低水泥用量，不仅可以改善混凝土耐久性，同时降低混凝土成本，节约能源，改善环境。参考文献 1 张雄，韩继红，李旭峰。 矿渣微粉对减水剂效果影响及其作用机理。 混凝土，1999.6。 2 张雄，吴科如。 高性能混凝土矿渣复合掺合料特性与作用机理。 混凝土与水泥制品，1997.3。 3 肖国先，徐德龙，侯新凯。 水淬高炉矿渣超细粉的应用与制备。 西安建筑科技
