超細礦粉對混凝土性能的影響以及使用中應注意的問題

超細礦粉對混凝土性能的影響以及使用中應注意的問題0

引言

礦渣即?；郀t礦渣。它是鋼鐵廠冶煉生鐵時產生的廢渣。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，還要加入適當數量的石灰石和白云石作為熔劑。它們在高爐內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，簡稱：礦渣。每生產一噸生鐵，要排出0．3～lt礦渣。礦渣經專用的粉磨設備粉磨后，其比表面積達到400m2／kg以上，并具有一定的活性，便是超細礦粉，簡稱礦粉。1

超細礦粉在國內外的應用情況

礦渣的使用最早在1862年德國人發(fā)現水淬礦渣具有活性以后，但當時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，水泥細度控制在300m2／kg的情況下，礦渣的細度僅能達到200～250m2／kg，因此，活性沒有充分發(fā)揮出來。20世紀50年代南非研究人員發(fā)現如果把礦渣磨細后單獨摻入混凝土中其活性可以得到充分的發(fā)揮，這種很細的礦渣就是超細礦粉。

在我國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出來。由于當時的粉磨生產普遍采用球磨工藝，能耗較高，效益低。綜合水泥性能和經濟效益分析的結果，礦粉合理粉磨細度應控制在400～450m2／kg。直到2000年11月，上海率先從日本引進40萬噸礦粉立磨生產線，礦粉的大規(guī)模生產才在國內展開。1998年上海完成地方標準《混凝土和砂漿用?；郀t磨細礦粉》，1999年《?；郀t磨細礦粉在混凝中應用技術規(guī)程》制定頒布，2000年國家標準《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》頒布實施，2002年國家標準《高強、高性能混凝土用礦物外加劑》頒布，正式將超細礦粉定為混凝土的第六組分，超細礦粉才開始作為獨立組分逐步應用于混凝土中，并被廣泛地接受和使用。2

超細礦粉對混凝土各性能的影響2.1

超細礦粉和粉煤灰復合摻用時對混凝土的強度及工作性的影響。

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，比如說工作性，因為礦粉的粘性好，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度的增大來補充由于單摻粉煤灰而引起的混凝土28d強度的降低，起到強度互補的作用。

超細礦粉在混凝土中與粉煤灰共同使用時表現出了十分明顯的疊加效應，這方面可以大大減少混凝土中CH晶體的生成數量，另一方面又影響了CH晶體的形貌，對混凝土的結構和性能的發(fā)展具有重要影響。隨著齡期的延長，漿體結構日趨均勻和密實，這是漿體高強化的重要原因。因此，在混凝土中，復合摻入超細礦粉可以極大地改善混凝土的界面粘結強度，更進一步地改善混凝土的性能。2.2

超細礦粉對混凝土抗?jié)B性能的影響。

礦粉對混凝土抗?jié)B性的改進主要決定于礦粉的兩個效應：

（1）水化反應。加入礦粉可以改善骨料與水泥石過渡區(qū)的微觀結構，由于在過渡區(qū)中Ca（OH）2的定向排列，使得混凝土強度低，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。當加入礦粉后，礦粉中的活性成份與Ca（OH）2反應生成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，微結構更為密實，從而使混凝土的抗?jié)B性提高。

（2）微集料效應?；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，同時也防止了離析、泌水的產生，使混凝土的抗?jié)B性能大幅度地提高。2.3

礦粉對混凝土中水泥水化熱的影響。

水化熱是由水泥水化產生的。由于混凝土不易散熱，導致了混凝土內外溫差較大，使混凝土內外產生非線性的溫度梯度。在大體積混凝土中尤其如此，有時內部的溫度高達90℃以上。當溫差超過25℃時易產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生。由試驗可知，當礦粉的摻量在30％以上時，降低水化熱的效果就十分明顯。2.4

礦粉對坍落度損失的影響

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，而且為了恢復混凝土的流動性不可避免的要加入水或外加劑，從而影響了混凝土的強度及耐久性。如果在混凝土中加入礦粉，因其化學活性不如水泥高，所以在攪拌后的2小時內混凝土的流動性易于控制，坍落度損失減少，有利于施工。2.5

礦粉對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。一般來說，摻合料的增加能降低混凝上的收縮性能。超細礦粉對混凝土的收縮與其細度有關，如果礦粉的細度為300m2／kg，即與水泥細度相當時，混凝土的收縮可隨礦粉摻量的增加而減少，但當礦粉的細度為400m2／kg時，混凝土的收縮會隨礦粉摻量的增加而增加。3

礦粉在混凝土實際應用中應注意的問題。

礦粉經過幾年的使用，發(fā)現在使用過程中應注意的問題有：3.1

注意礦粉的摻量

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

應加強檢測，嚴格控制礦粉的細度

大型立磨高細礦粉生產線生產的礦粉的細度均控制在400～500m2/kg的范圍內。由于其先進的生產工藝，礦粉的細度非常穩(wěn)定。而球磨礦粉的細度較難達到400m2／kg以上，如果通過延長磨細時間，勉強達到400m2／kg以上，也難以長期穩(wěn)定。一旦礦粉細度出現下降就會給混凝土帶來許多問題，比如塑性下降，出現離析和泌水，凝結時間延長，早期強度降低，甚至28d強度也會不同程度的降低等。因此，在使用球磨礦粉時應加強檢測，嚴格控制礦粉的細度。3.3

復摻時，針對不同等級粉煤灰選擇合適的復合比例

礦粉在混凝土攪拌站使用時，常與粉煤灰復合使用。這是因為粉煤灰比礦粉更為廉價，單摻礦粉對混凝土成本不利。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，礦粉和粉煤灰復合使用時能充分利用二者的“優(yōu)勢互補”，改善混凝土性能。

礦粉與II級粉煤灰復合：礦粉與II級粉煤灰復合使用時，其摻量都不宜過高，只有通過試驗找出合適的配比。一般粉煤灰取代量控制在15％以內，礦粉宜控制在30％以內。大部分情況下可以多摻礦粉，以降低II級粉煤灰質量波動帶來的不利影響。另外，因為II級粉煤灰同樣有增加混凝土粘度的趨勢，所以礦粉和II級粉煤灰復摻的時候不宜配制高強混凝土。

礦粉與I級粉煤灰復合：礦粉與I級粉煤灰復合使用應是最佳組合。粉煤灰的摻量控制在20％以內，礦粉可控制在40％以內，在試配時可以根據不同的強度等級和技術要求作出摻量上的調整。3.4

復摻時混凝土的養(yǎng)護

復摻后的養(yǎng)護問題對混凝土質量很重要。礦粉和粉煤灰復摻后的混凝土養(yǎng)護不夠（濕度低于80％），水泥的水化幾乎很難進行，強度發(fā)展就很慢，早期強度低容易引起混凝土的塑性裂縫。對大部分工地，由于施工進度、結構形式、養(yǎng)護手段和人員素質等方面的原因，養(yǎng)護沒有得到很好的重視，特別是豎向結構，養(yǎng)護不好很容易出現裂紋。3.5

注意調整混凝土的凝結時間

礦粉對混凝土的混結時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、終凝時間比基準混凝土推遲1~2h。因此，應注意調整混凝土的凝結時間，特別是冬季施工，應調整混凝土配合比，控制混凝土中