矿粉在混凝土中的应用

矿粉的试验研究及工程应用

2008年11月07日中国混凝土与水泥制品网

摘要：本文介绍矿粉对商品混凝土性能的影响，建议在实际工程中应用矿粉和粉煤灰（Ⅰ级）复合使用充分发挥二者的“优势互补效应”，使混凝土性能得到进一步改善。通过大量的试验研究优选配合比，并应用在多个地下室底板工程中取得了很好的效果。

1.前言

过去建筑业过度重视混凝土的强度，而忽视了耐久性。一些混凝土结构出现早期破坏，需要大量资金维修，而现在对混凝土的耐久性问题国家已越来越重视。现场搅拌混凝土耐久性差是一个普遍现象。随着混凝土技术的发展，在混凝土商品化的今天，由原来的现场人工控制转变为全自动化微机控制的生产和机械化运输过程，是建筑工程生产方式的重大变革，它不仅能保证混凝土的强度，而且还能使混凝土的耐久性有很大提高。配制耐久性混凝土很重要的技术途径是掺加矿物掺和料，从而能降低水泥用量，降低水化热和混凝土含碱量，提高水泥石的密实性和混凝土的体积稳定性，提高耐久性和工作性能。近几年我们围绕这样一个研究课题，进行大量的试验，通过各种不同掺量在混凝土中对比试验，并在技术研究基础上指导矿粉的工程应用，进一步提高矿粉混凝土的应用技术水平。通过工程的应用得到一些体会。

矿粉是将水淬粒化高炉矿渣经过粉磨达到规定细度的一种具有潜在活性的矿物掺合料，是一种新兴的建筑材料。表面积可达400㎝2/g以上，具有颗粒超细，活性较大的特点。可作为混凝土的掺和料取代部分水泥，是生产高性能混凝土的组成材料之一，也是目前商品混凝土公司广泛采用的原材料之一。

2. 矿粉物理化学作用

矿粉用作混凝土的掺合料能改善提高混凝土的综合性能。其作用表现在（1）改善胶凝材料物理级配（2）对Cl-的物理吸附作用（3）改善混凝土界面结构（4）减少水泥初期水化物的相互连接。

矿粉混凝土水化时能产生较多的C-S-H凝胶，而它会吸附一部分Cl-从而阻止其向混凝土内部渗透。因此它能改善混凝土抗氯离子渗透性的性能。在混凝土中

含量的问性能较弱的部分集中在水泥浆体与集料间的界面层，主要是Ca（OH）

2

题。减少Ca（OH）

晶体尺寸，不仅能有利于混凝土力学性能的提高，还有利于

2

耐久性的改善。矿粉在水泥初期水化产物的连接，具有一定减水作用和改善混凝土坍落度的经时损失。

3. 微集料效应

混凝土作为连续级配的颗粒堆积体系，粗集料的间隙由细集料填充，细集料的间隙由水泥颗粒填充，而水泥颗粒之间的间隙则需要更细的颗粒来填充。矿物掺合料的细度比水泥颗粒细，在混凝土中起到了更细颗粒的作用。因而改善混凝土

的孔结构，降低孔隙率并减少了最大孔径尺寸，使混凝土形成密实充填结构和细观层次的自紧密规程堆积体系。从而有效地改善并提高混凝土的综合性能。矿粉在混凝土水泥浆中的微集料效应，能提高水泥水化产物的均匀性分布，其活性在水泥水化时亦能得以充分发挥，从而提高混凝土后期强度。目前全国正大力推广矿粉在建筑工程、商品混凝土中的应用。矿粉的应用逐渐成熟，并被广泛接受和使用。

4. 试验用原材料

4．1水泥

曲阜金鲁城P.O42.5，其物理力学性能见表1：

4．2砂

子

宁阳中砂，其技术指标见表2：

4．3石子

山东嘉祥碎石，其技术指标见表3：

4．4矿粉

山东莱芜鲁碧公司S95级矿粉，技术指标见表4：

表4矿粉的物理性能

4．5粉煤灰

山东济宁粉煤灰，材料质量达到Ⅰ级粉煤灰要求，其技术指标见表5：

4．6外加剂

山东济宁利建外加剂厂生产的萘系高效减水剂EP-1，具体技术指标见表6：

5.试验混凝土配合比及性能指标见表7：

表8：混凝土配合比技术指标

6. 矿粉对混凝土力学性能的影响

由表7可得，掺加矿粉的混凝土早期强度相应较低，28天强度后期强度有较大增长，混凝土“强度互补效应”对硬性化混凝土早期发挥矿粉的火山灰效应，改善浆体和集料的界面结构，后期发挥粉煤灰火山灰效应，所带来的孔径细化作用，使混凝土后期强度持续得到提高。

7.矿粉对混凝土工作性能的影响

由表8可得，矿粉和粉煤灰复合配制混凝土，充分发挥粉煤灰的“形态效应”粉煤灰对浆体起到“润滑作用”，增大拌合物流动性，减少泵送阻力，能改善由于矿粉的掺入导致混凝土粘度大的特点使新拌混凝土得到最佳的流动度和粘聚性，使其和易性得到改善。坍落度损失有所延缓，混凝土初凝时间相应延迟。表明泵送性能有所提高。

8. 矿物掺和料混凝土耐久性能的影响

一般地，混凝土耐久性是由抗碳化、抗渗性、抗冻融性等指标来表示，由表8可得，随着水灰比降低，强度越高，碳化深度也越小，平均渗透高度也越小，相应提高了混凝土的抗渗能力，同时也提高了混凝土的抗冻性能。随着矿物掺合料的增加，碳化深度也增大，但增长较小，不会造成增加混凝土钢筋锈蚀的风险。

9.实际工程应用情况

通过在济宁地税局、圣都大酒店、新闻大厦、科苑综合楼四个大体积c40混凝土底板工程和C50预应力桥梁的实际应用效果看，各项技术指标均满足要求，没有出现任何关于温度裂缝的质量问题，大大提高了混凝土的耐久性。

10.结束语

通过我们在实际工程中的大量使用并总结经验得知：混凝土胶凝材料特别是矿物掺和料的复合使用对提高混凝土的综合性能比以往我们现场搅拌混凝土不掺和单掺的，具有很多的技术和经济优势。

(1)混凝土拌和料和易性得到改善

掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。

(2)混凝土的温升降低

掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。

(3)混凝土的耐久性提高

由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量。游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。

(4)变形减小

粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低，但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩。

(5)耐磨性提高

粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。但混凝土养护不良会导致耐磨性降低。

(6)成本降低

掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10%～15%，因而可降低混凝土的成本。

看看规程吧

两者的允许掺量不同：粉煤灰在水泥中的允许掺加量为20－40%，但在混凝土中最大掺量一般不超过35%；磨细矿粉在水泥或混凝土中的掺加量则可达20－70%。一些欧洲国家甚至允许掺到85%。

两者在混凝土中的掺加方式不同：粉煤灰一般采用“超量”取代水泥方式以保证混凝土强度达标；磨细矿粉则通常采用“等量”取代水泥方式配制混凝土，其强度仍然可以满足设计要求。

1、“单掺”矿粉时，可按等量取代原则并根据以下方法确定矿粉的合适掺量：

(a)对于地上结构以及有较高早期强度要求的混凝土结构，掺量一般为20-30%；

(b)对于地下结构、强度要求中等的混凝土结构，掺量一般为30-50%；

(c)对于大体积混凝土或有严格温升限制的混凝土结构，掺量一般为50-65%；