超細(xì)礦粉對(duì)混凝土性能的影響以及使用中應(yīng)注意的問題

超細(xì)礦粉對(duì)混凝土性能的影響以及使用中應(yīng)注意的問題0

引言

礦渣即?；郀t礦渣。它是鋼鐵廠冶煉生鐵時(shí)產(chǎn)生的廢渣。在高爐煉鐵過程中，除了鐵礦石和燃料（焦炭）之外，為降低冶煉溫度，還要加入適當(dāng)數(shù)量的石灰石和白云石作為熔劑。它們?cè)诟郀t內(nèi)分解所得到的氧化鈣、氧化硅和鐵礦石中廢礦以及焦炭中的灰分相熔化，生成了以硅酸鹽與硅鋁酸鹽為主要成分的融合物，浮在鐵水表面，定期從排渣口排出，經(jīng)空氣或水急冷處理形成粒狀顆粒物，這就是粒化高爐礦渣，簡(jiǎn)稱：礦渣。每生產(chǎn)一噸生鐵，要排出0．3～lt礦渣。礦渣經(jīng)專用的粉磨設(shè)備粉磨后，其比表面積達(dá)到400m2／kg以上，并具有一定的活性，便是超細(xì)礦粉，簡(jiǎn)稱礦粉。1

超細(xì)礦粉在國(guó)內(nèi)外的應(yīng)用情況

礦渣的使用最早在1862年德國(guó)人發(fā)現(xiàn)水淬礦渣具有活性以后，但當(dāng)時(shí)大部分的礦渣只是與水泥的熟料一起磨成礦渣水泥，由于礦渣的易磨性不及水泥，水泥細(xì)度控制在300m2／kg的情況下，礦渣的細(xì)度僅能達(dá)到200～250m2／kg，因此，活性沒有充分發(fā)揮出來(lái)。20世紀(jì)50年代南非研究人員發(fā)現(xiàn)如果把礦渣磨細(xì)后單獨(dú)摻入混凝土中其活性可以得到充分的發(fā)揮，這種很細(xì)的礦渣就是超細(xì)礦粉。

在我國(guó)礦渣主要作為活性混合材添加到水泥熟料中，礦渣的活性沒有完全體現(xiàn)出來(lái)。由于當(dāng)時(shí)的粉磨生產(chǎn)普遍采用球磨工藝，能耗較高，效益低。綜合水泥性能和經(jīng)濟(jì)效益分析的結(jié)果，礦粉合理粉磨細(xì)度應(yīng)控制在400～450m2／kg。直到2000年11月，上海率先從日本引進(jìn)40萬(wàn)噸礦粉立磨生產(chǎn)線，礦粉的大規(guī)模生產(chǎn)才在國(guó)內(nèi)展開。1998年上海完成地方標(biāo)準(zhǔn)《混凝土和砂漿用粒化高爐磨細(xì)礦粉》，1999年《粒化高爐磨細(xì)礦粉在混凝中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》制定頒布，2000年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》頒布實(shí)施，2002年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)、高性能混凝土用礦物外加劑》頒布，正式將超細(xì)礦粉定為混凝土的第六組分，超細(xì)礦粉才開始作為獨(dú)立組分逐步應(yīng)用于混凝土中，并被廣泛地接受和使用。2

超細(xì)礦粉對(duì)混凝土各性能的影響2.1

超細(xì)礦粉和粉煤灰復(fù)合摻用時(shí)對(duì)混凝土的強(qiáng)度及工作性的影響。

單摻礦粉一般摻量為30％，如果是大體積混凝土可以控制到50％。但由于單摻礦粉混凝土粘性變大，不利于施工，因此，一般混凝土攪拌站是將礦粉和粉煤灰雙摻使用，粉煤灰的摻量為20％左右，礦粉的摻量為20％～30％。通過雙摻可以改善混凝土的許多性能，比如說(shuō)工作性，因?yàn)榈V粉的粘性好，可以減少由于單摻粉煤灰而引起的混凝土坍落度損失以及泌水和離析等問題，還可以通過礦粉后期強(qiáng)度的增大來(lái)補(bǔ)充由于單摻粉煤灰而引起的混凝土28d強(qiáng)度的降低，起到強(qiáng)度互補(bǔ)的作用。

超細(xì)礦粉在混凝土中與粉煤灰共同使用時(shí)表現(xiàn)出了十分明顯的疊加效應(yīng)，這方面可以大大減少混凝土中CH晶體的生成數(shù)量，另一方面又影響了CH晶體的形貌，對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)和性能的發(fā)展具有重要影響。隨著齡期的延長(zhǎng)，漿體結(jié)構(gòu)日趨均勻和密實(shí)，這是漿體高強(qiáng)化的重要原因。因此，在混凝土中，復(fù)合摻入超細(xì)礦粉可以極大地改善混凝土的界面粘結(jié)強(qiáng)度，更進(jìn)一步地改善混凝土的性能。2.2

超細(xì)礦粉對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響。

礦粉對(duì)混凝土抗?jié)B性的改進(jìn)主要決定于礦粉的兩個(gè)效應(yīng)：

（1）水化反應(yīng)。加入礦粉可以改善骨料與水泥石過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)，由于在過渡區(qū)中Ca（OH）2的定向排列，使得混凝土強(qiáng)度低，而且過渡過區(qū)的水灰比較大，缺陷多，開孔的氣泡也多，因此抗?jié)B性下降。當(dāng)加入礦粉后，礦粉中的活性成份與Ca（OH）2反應(yīng)生成C—S—H凝膠，使界面的Ca（OH）2晶粒變小，孔隙率也得以明顯的下降，微結(jié)構(gòu)更為密實(shí)，從而使混凝土的抗?jié)B性提高。

（2）微集料效應(yīng)?；炷潦怯蛇B續(xù)的顆粒堆積而成的，砂子填充石子之間的空隙，水泥填充石子之間的空隙，礦粉再填充水泥之間的空隙，這樣就使混凝土孔隙率得到下降，同時(shí)也防止了離析、泌水的產(chǎn)生，使混凝土的抗?jié)B性能大幅度地提高。2.3

礦粉對(duì)混凝土中水泥水化熱的影響。

水化熱是由水泥水化產(chǎn)生的。由于混凝土不易散熱，導(dǎo)致了混凝土內(nèi)外溫差較大，使混凝土內(nèi)外產(chǎn)生非線性的溫度梯度。在大體積混凝土中尤其如此，有時(shí)內(nèi)部的溫度高達(dá)90℃以上。當(dāng)溫差超過25℃時(shí)易產(chǎn)生貫穿性的溫度裂縫。

在混凝土中摻入礦粉就可以減少水泥的用量，從而避免過多的水化熱產(chǎn)生。由試驗(yàn)可知，當(dāng)?shù)V粉的摻量在30％以上時(shí)，降低水化熱的效果就十分明顯。2.4

礦粉對(duì)坍落度損失的影響

坍落度損失是施工中最棘手的問題，它不僅造成了施工困難，而且為了恢復(fù)混凝土的流動(dòng)性不可避免的要加入水或外加劑，從而影響了混凝土的強(qiáng)度及耐久性。如果在混凝土中加入礦粉，因其化學(xué)活性不如水泥高，所以在攪拌后的2小時(shí)內(nèi)混凝土的流動(dòng)性易于控制，坍落度損失減少，有利于施工。2.5

礦粉對(duì)混凝土收縮性能的影響。

粉煤灰和礦粉雙摻的混凝土的干縮率都要比單摻粉煤灰的混凝土大，并且隨礦粉和水泥摻量的增加，干縮率增大。一般來(lái)說(shuō)，摻合料的增加能降低混凝上的收縮性能。超細(xì)礦粉對(duì)混凝土的收縮與其細(xì)度有關(guān)，如果礦粉的細(xì)度為300m2／kg，即與水泥細(xì)度相當(dāng)時(shí)，混凝土的收縮可隨礦粉摻量的增加而減少，但當(dāng)?shù)V粉的細(xì)度為400m2／kg時(shí)，混凝土的收縮會(huì)隨礦粉摻量的增加而增加。3

礦粉在混凝土實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意的問題。

礦粉經(jīng)過幾年的使用，發(fā)現(xiàn)在使用過程中應(yīng)注意的問題有：3.1

注意礦粉的摻量

單摻礦粉，一般以30％～50％為宜。雙摻時(shí)粉煤灰在20％以內(nèi)，礦粉在30％以內(nèi)。初期使用時(shí)，最好粉煤灰控制在10％以內(nèi)，礦粉控制在20％以內(nèi)．以后通過試配逐步調(diào)整。礦粉的摻量太高粘性就大，不利于混凝土的施工，同時(shí)也會(huì)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，尤其對(duì)那些豎向結(jié)構(gòu)，由于混凝土長(zhǎng)期處于塑性狀態(tài)，容易引起塑性裂縫。但對(duì)于大體積混凝土，由于降低了水化熱，反而有利。但礦粉的摻量也不能超過70％，至于延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，只是在冬季施工的時(shí)候要特別注意礦粉的摻量，另外，也要適當(dāng)提高早強(qiáng)劑的摻量。3.2

應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)，嚴(yán)格控制礦粉的細(xì)度

大型立磨高細(xì)礦粉生產(chǎn)線生產(chǎn)的礦粉的細(xì)度均控制在400～500m2/kg的范圍內(nèi)。由于其先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，礦粉的細(xì)度非常穩(wěn)定。而球磨礦粉的細(xì)度較難達(dá)到400m2／kg以上，如果通過延長(zhǎng)磨細(xì)時(shí)間，勉強(qiáng)達(dá)到400m2／kg以上，也難以長(zhǎng)期穩(wěn)定。一旦礦粉細(xì)度出現(xiàn)下降就會(huì)給混凝土帶來(lái)許多問題，比如塑性下降，出現(xiàn)離析和泌水，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)，早期強(qiáng)度降低，甚至28d強(qiáng)度也會(huì)不同程度的降低等。因此，在使用球磨礦粉時(shí)應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)，嚴(yán)格控制礦粉的細(xì)度。3.3

復(fù)摻時(shí)，針對(duì)不同等級(jí)粉煤灰選擇合適的復(fù)合比例

礦粉在混凝土攪拌站使用時(shí)，常與粉煤灰復(fù)合使用。這是因?yàn)榉勖夯冶鹊V粉更為廉價(jià)，單摻礦粉對(duì)混凝土成本不利。雖然單摻粉煤灰可以大幅度降低成本，但摻量受到較大限制；另外，礦粉和粉煤灰復(fù)合使用時(shí)能充分利用二者的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”，改善混凝土性能。

礦粉與II級(jí)粉煤灰復(fù)合：礦粉與II級(jí)粉煤灰復(fù)合使用時(shí)，其摻量都不宜過高，只有通過試驗(yàn)找出合適的配比。一般粉煤灰取代量控制在15％以內(nèi)，礦粉宜控制在30％以內(nèi)。大部分情況下可以多摻礦粉，以降低II級(jí)粉煤灰質(zhì)量波動(dòng)帶來(lái)的不利影響。另外，因?yàn)镮I級(jí)粉煤灰同樣有增加混凝土粘度的趨勢(shì)，所以礦粉和II級(jí)粉煤灰復(fù)摻的時(shí)候不宜配制高強(qiáng)混凝土。

礦粉與I級(jí)粉煤灰復(fù)合：礦粉與I級(jí)粉煤灰復(fù)合使用應(yīng)是最佳組合。粉煤灰的摻量控制在20％以內(nèi)，礦粉可控制在40％以內(nèi)，在試配時(shí)可以根據(jù)不同的強(qiáng)度等級(jí)和技術(shù)要求作出摻量上的調(diào)整。3.4

復(fù)摻時(shí)混凝土的養(yǎng)護(hù)

復(fù)摻后的養(yǎng)護(hù)問題對(duì)混凝土質(zhì)量很重要。礦粉和粉煤灰復(fù)摻后的混凝土養(yǎng)護(hù)不夠（濕度低于80％），水泥的水化幾乎很難進(jìn)行，強(qiáng)度發(fā)展就很慢，早期強(qiáng)度低容易引起混凝土的塑性裂縫。對(duì)大部分工地，由于施工進(jìn)度、結(jié)構(gòu)形式、養(yǎng)護(hù)手段和人員素質(zhì)等方面的原因，養(yǎng)護(hù)沒有得到很好的重視，特別是豎向結(jié)構(gòu)，養(yǎng)護(hù)不好很容易出現(xiàn)裂紋。3.5

注意調(diào)整混凝土的凝結(jié)時(shí)間

礦粉對(duì)混凝土的混結(jié)時(shí)間與不摻礦粉的普通混凝土相比，具有一定的緩凝效果，混凝土的初凝、終凝時(shí)間比基準(zhǔn)混凝土推遲1~2h。因此，應(yīng)注意調(diào)整混凝土的凝結(jié)時(shí)間，特別是冬季施工，應(yīng)調(diào)整混凝土配合比，控制混凝土中