超细粉在砼中应用

超细粉在砼中的应用

一、超细粉及其在国内外的应用情况

矿渣粉是水淬粒化高炉矿渣经粉磨后达到规定细度的一种粉体材料。自从1862年德国人发现水淬粒化高炉矿渣具有潜在活性后，矿渣长期作为水泥混合材使用。2000年以前，矿渣在作为水泥混合材使用上国内外存在差异，国外除将矿渣和水泥熟料混磨生产矿渣水泥外，还有将矿渣单独磨细，然后与磨细后的熟料混合，生产矿渣水泥，而国内只是通过混磨生产矿渣水泥。由于矿渣较熟料难磨细，混磨时水泥中矿渣的细度较熟料小的多，水泥细度控制在300m2/kg左右的情况下，矿渣粉的细度仅能达到200～250m2/kg左右，因而不但水泥中矿渣粉的活性不能充分发挥，而且矿渣用过高时，使混凝土的粘聚性很差，混合料容易离析和泌水，混凝土抗渗性能降低。这样矿渣在水泥中的掺量受到了较大限制，一般不超过30％。

随着国际上对矿粉研究的不断深入和大规模的开发利用，我国20世纪80

年代改革开发的力度不断加大，预拌混凝土的崛起与发展以及政府日益注重环境保护，自20世纪90年代起，我国开始了矿粉的特点及应用研究。清华大学对矿粉在高强混凝土的应用进行了研究，在其编写的《高强混凝土结构设计与施工指南》一书中，特别提出矿粉在配制高强混凝土方面的巨大潜力。冶金部建筑研究总院在搜集大量国内外有关资料，尤其是在日本资料的基础上，立项进行矿粉成套技术的开发研究工作，在产品性能、矿粉混凝土性能等方面获得了大量数据，完成了“宝钢高炉矿渣微粉在混凝土中应用研究”课题的第一阶段工作，上海建筑材料科学研究院和上海宝钢企业开发总公司共同完成了该课题。此课题的完成为1998年上海市地方标准《混凝土和砂浆用粒化高炉矿渣微粉》，1999年《粒化高炉矿渣微粉在混凝土中应用技术规程》的制定颁布创造了条件。2000年国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》（GB18046-2000）颁布实施。

随着矿渣磨细技术的不断发展，矿渣被磨至相应细度的能耗越来越低，并且细度也很容易达到400m2/kg以上，为矿渣粉的大量应用打下了良好基础。2000年11月上海宝钢率先从日本引进的年产60万吨矿粉立磨生产线投产。随后的几年内，武钢、鞍钢、宝钢二线、唐钢、首钢、安徽朱家桥等大型矿粉立磨生产线相继投产，另外还有不少生产线在建。这样矿粉的应用已在全国范围内广泛展开。

因此我国混凝土，特别是商品混凝土胶凝材料体系正由“水泥”、“水泥+粉煤灰”向“水泥+粉煤灰+矿粉”体系转变，由于理论研究和应用技术开发都存在着不足之处，大量应用势必出现这样或那样的问题，特别是我国地域辽阔，应用环境存在很大差别，技术水平也很不均衡，业内人士加强定期交流，总结经验，吸取教训，少走歪路是非常必要的。

二、矿粉对混凝土性能的影响

矿粉对混凝土性能的影响的研究可以由“矿粉+水泥浆体”到“矿粉+水泥胶砂”再到“矿粉混凝土”逐步进行。但对于普通应用单位，如商品混凝土搅拌站，就不必遵循此规律，可借鉴有关研究成果，直接进行混凝土试验，找出特定条件下的合理配合比。

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

（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）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。

（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。

（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。

（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430m2/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520m2/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。

（6）混凝土抗裂性能。