混凝土原料-矿粉篇

混凝土三大胶材中的矿粉，全称是粒化高炉矿渣粉。想当年笔者刚入行时以字面意思理解，以为矿粉就是破碎石头后残渣磨细的产物呢。现在百度百科搜索关键字“矿粉”也是有两条解释。第二条概念才是混凝土中应用的胶材-粒化高炉矿渣粉简称矿粉。

粒化高炉矿渣是在高炉冶炼生铁（炼钢得到的叫钢渣）时所得，以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，高温状态下经水淬急冷来不及结晶而形成的细颗粒状玻璃态物质。

一、矿渣在水泥工业中的综合利用主要经历了三个阶段

第一阶段（1995年以前）粒化高炉矿渣主要是用作水泥混合材使用。以混合粉磨为主。矿渣由于比水泥熟料难磨，在水泥中的掺量有限，一般不超过30%。

第二阶段（1995-2000年）学习国外先进技术，矿渣粉作为高性能混凝土的掺合料，在建筑工程中推广应用。但要求矿渣粉比表面积要达到600㎡/Kg 以上，当时国内仅有几家粉磨站可生产。主要原因是进口设备价格贵、生产线投资相当大。

第三阶段（2000年后）矿渣粉最经济的粉磨细度应控制在400㎡/Kg左右。这样的矿渣粉既能直接供给混凝土搅拌站作掺合料，又能与熟料、石膏混合生产普通硅酸盐水泥。随着国内生产技术的进步，矿渣粉的细度；稳定性得到了相当大的改善。

二、矿渣粉的生产过程

在高炉炼铁过程中，出了铁矿石和燃料（焦炭）外，为了降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为助溶剂。它们在高炉内分解所得到的氧化钙、氧化镁和铁矿石中的废矿、以及焦炭中的灰份相熔化，生成了以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理，形成粒状颗粒物，这就是矿渣。矿渣中含有95%以上的玻璃体和硅酸二钙，硅黄长石、硅灰石等矿物，与水泥成分接近。如果未经淬水的矿渣，其矿物形态呈稳定型结晶体。只有少部分的硅酸二钙具有一定水化活性。这里可以理解为通过水淬急冷处理手段将一定的能量“封印”到矿渣中了。这种“能量”（活性）可以在碱性条件下激发出来。出渣温度越高，冷却速度越快，玻璃化矿渣的潜在化学能就越大。每生产一吨生铁，需要排出0.3-1吨矿渣。经过水淬冷却后的矿渣再进行一道粉磨工序即可得到搅拌站使用的矿粉。

表一是我国部分钢铁厂的高炉矿渣化学成分

三、矿渣微粉的性能及应用

用矿粉替代一定比例的熟料或者水泥，能够产生例如“火山灰效应”和“微集料效应”等作用，从而使各种原材料在性能上产生互补。不仅可以有效的处理掉钢铁厂生产出的废渣，同时还能降低水泥或者混凝土的生产成本。

3.1矿渣微粉的特性

矿渣微粉具有潜在水化活性当与水泥混合时，水泥水化产生的氢氧化钙可以激发具有潜在活性的矿粉。使矿粉可以进行水化反应生成水合硅酸钙，填充在水泥混凝土的孔隙中，大幅度提高水泥混凝土的致密度，同时将强度较低的氢氧化钙晶体转化成强度较高的水化硅酸钙凝胶。

3.2矿渣中的化学成分对活性的影响

氧化钙属于碱性氧化物，是矿渣的主要化学成分一般占40%左右。它在矿渣中以硅酸盐的形式存在，如硅酸二钙具有活性。所以氧化钙是决定矿渣活性的主要因素，其含量越高，矿渣活性越大。

氧化铝属于酸性氧化物，是矿渣中较好的活性成分，它在矿渣中以铝酸盐或铝硅酸盐的形式存在。氧化铝含量一般为5-15%，也有高达30%的情况。氧化硅属于微酸性氧化物，在矿渣中含量大概在30-40%。与氧化钙和氧化铝相比，它使矿渣活性降低。

氧化镁比氧化钙的活性要低，其含量一般在1%-18%，在矿渣中呈稳定的化合物或玻璃体，不会产生不安定性不良现象。因此，一般将氧化镁看成是矿渣的活性组分。

氧化亚锰对水泥的安定性无害，但对矿渣的活性有一定影响其含量应控制在1%-3%，如果超过4%-5%，矿渣活性将明显下降。

硫的存在会使水泥强度有所损失；但硫化钙与水作用生成氢氧化钙起碱性激发作用。氧化钛使矿渣活性下降，国家标准规定含量不得超过10%。

3.3矿渣微粉的用途

与硅酸盐水泥按比例混合，可生产高性能矿渣水泥，细度在400-450㎡/Kg 的矿粉可配置425、425R的普通硅酸盐水泥（国家标准规定水泥中可以掺入一定比例的掺合料）；作为混凝土的掺合料，可以提高混凝土的强度、耐久性。

3.4矿渣微粉的效果

1.可有效提高混凝土的抗海水侵蚀性能，特别适合于海水工程；

2.可显著降低混凝土的水化热，适用于配置大体积混凝土；

3.可有效抑制混凝土的碱骨料反应，提高混凝土的耐久性；

4.可显著减少混凝土的泌水问题，提高混凝土和易性；

5.可大幅度提高混凝土强度；

6.可提高混凝土的致密性，改善混凝土的抗渗性；

7.可降低混凝土的成本。

8.矿渣质量检测

最主要的方法是用化学分析法来评定矿渣的质量，国家标准（GB/T203-2008）规定粒化高炉矿渣质量系数如下：

式中：各氧化物表示其质量百分比。K越大表示矿渣活性越高。

另一种表达法是活性组分含量之和与主要的非活性组分之比，用B表示：碱度

式中各氧化物表示其质量百分数。

B＞1.6的矿渣属于活性矿渣，B越大潜在活性越高。

根据国家标准（GB/T203-2008）规定，粒化高炉矿渣的质量系数K应不小于1.2。氧化锰的含量＜4%；硫化物含量不得大于3%；粒化高炉矿渣的松散容重不大于1.2Kg/L。