8.矿粉对混凝土性能的影响

浅谈矿粉对混凝土性能的影响及合理利用

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摘要：近年来，矿粉在商品混凝土搅拌站中的应用迅速发展。矿粉对混凝土工作性能和力学性能以及耐久性能都有不同的影响，合理的使用或复合使用，可以提高混凝土的耐久性、和易性以及粘聚性，降低工程成本。但过量使用或不科学使用便会得到适得其反的效果。为了更好地应用矿粉，减少问题，避免事故，现通过在向莆铁路FJ-3A标中心实验室现场试验总结的一些经验，浅谈其对混凝土性能的影响及合理利用。

关键词：矿粉；对混凝土性能的影响；立磨矿渣粉细度；合理掺量；合理比例。

1 矿粉对混凝土工作性能和力学性能的影响

矿粉比表面积在430m2/kg～520m2/kg之间，掺量在30%～40%范围，增强效应表现得最为显著。

单掺矿粉会使混凝土的粘聚性提高，凝结时间有所延长，泌水量有增大的迹象，可能对混凝土泵送带来一定的不利影响。

矿粉和Ⅰ级粉煤灰复配配制混凝土，可以充分发挥二者的“优势互补效应”，使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，泌水得到改善。同时混凝土成本可显著降低。

针对水泥-粉煤灰-矿粉胶凝材料体系，在等量取代的前提下，粉煤灰的掺量以不超过20%为宜，粉煤灰和矿粉掺量以不超过40%为宜，同时建议采用60d或90d强度作为混凝土评定标准，以充分利用混凝土的后期强度。

2 矿粉对混凝土耐久性的影响

2.1 混凝土水化热

掺加矿粉，可降低浆体水化热，单掺量小于50%时，水化热降低不明显。当

达到70%掺量时，3d和7d水化热分别降低约36%和29%；矿粉和粉煤灰复配，可显著降低浆体3d、7d水化热，采用20%矿粉和20%粉煤灰复配，浆体3d和7d 水化热分别降低38%和20%，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组合，可以有效减少混凝土早期温缩裂缝的危险。

2.2 抗渗性能

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。采用库仑电量方法评价，矿粉、粉煤灰和引气剂均能降低混凝土的渗透性，矿粉越细、掺量越大，特别是矿粉与粉煤灰和引气剂复合使用时，均能显著降低混凝土的渗透性；采用NEL方法评价，对于C30的混凝土，矿粉掺量、细度、复掺等措施均不能显著降低混凝土中的氯离子扩散系数，适当的引气剂则能明显降低混凝土的渗透性。对于C50的混凝土，矿粉及其与粉煤灰的复合掺和料，特别是引气剂均能显著降低混凝土的渗透性。

2.3 抗碳化能力

在达到相同强度的条件下掺矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土具有相同的抗碳化作用能力。

2.4 抗冻融能力

掺加矿粉，对混凝土的抗冻融性能有一定的改善作用，随混凝土标号的不同提高的幅度在25～50次范围。矿粉混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土在强度和含气量相同的条件下抗冻融能力基本相同；适当掺加引气剂，适当的含气量和间距系数对混凝土的抗冻融十分必要。矿粉混凝土含气量达到3-4%，混凝土抗冻融循环次数可达250次以上，而且用矿粉取代部分普通硅酸盐水泥，并不影响引气剂效率，无须增加引气剂的掺量。

2.5 混凝土收缩

按现行标准测试，在配制C30标号等级混凝土时，掺加40%细度为430㎡/kg 的矿粉混凝土的干缩值与基准混凝土相比变化不大；而在配制C50标号等级混凝土时，掺加40%细度为520㎡/kg的矿粉，混凝土的干缩值有一定程度的增加，早期（3、7天）增幅较后期大。矿粉细度在430m2/kg～520m2/kg之间变化，对混凝土干缩值的影响不明显。矿粉与粉煤灰复掺与矿粉单掺相比，明显增加混凝土干缩值，混凝土标号越高增加幅度越大。考虑前3天的自收缩，无论是配制C30混凝土，还是配制C50混凝土，采用单掺矿粉，与基准混凝土相比，收缩值

均无明显变化。

2.6 混凝土抗裂性能

矿粉与粉煤灰复掺改善抗裂性效果优于矿粉单掺，这可能是由于复掺时的早期强度比单掺时低造成的。混凝土早期强度对混凝土早期抗裂性有重要影响，混凝土24小时强度越高，混凝土早期越易开裂。混凝土早期抗裂性与早期强度之间可能存在一个临界值，小于该强度值，混凝土不易开裂，大于该强度值，混凝土容易开裂。该值与环境条件及约束状态有关。

3 在混凝土中的合理应用应注意的几个要点

3.1严格控制矿粉质量，特别是矿粉的细度

目前，大型立磨矿渣粉生产线生产的矿渣粉细度均控制在400～500㎡/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，给配制混凝土带来了很大方便。而球磨矿粉的细度较难达到400㎡/kg以上，即使通过延长磨细时间，增加能耗，勉强达到400㎡/kg以上，也难以长期稳定。一旦其细度大幅度降低，会给混凝土带来诸多问题，如粘聚性下降出现离析和泌水、凝结时间延长、早期强度降低甚至28d强度也会不同程度降低等。这也是为什么在立磨矿粉之前矿粉的应用受到限制的原因之一。因此，在使用球磨矿粉时应加强检测。

3.2 避免利益驱动下盲目提高掺量

1）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。

2）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。

3）初期使用时，建议粉煤灰控制在10%以内，矿粉控制在20%以内，大体积混凝土可适当放宽。

尽管在试配时，矿粉掺量在70％以内对混凝土强度影响不大，但过大的掺量在实际应用中确存在很多问题。其中两个问题特别值得关注，一是混凝土凝结时间问题。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，常常出现沿箍筋的环行裂缝。大体积混凝土的凝结时间则不然。由于它能积聚水化热，凝结时间往往比试验要短的多。因此采用大掺量矿粉或矿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问题。我们知道，随着混凝土强