矿渣微粉对混凝土性能的影响以及实际应用

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矿渣微粉对混凝土性能的影响以及实际应用

玉溪新平永发新型建材有限公司

矿渣的全称是粒化高炉矿渣。它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣,在高炉炼铁过程中,生成了以硅酸盐与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,经过空气或水急冷处理,形成粒状颗粒物,这就是粒化高炉矿渣。

矿渣微粉是将符合GB/T203 标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨(或添加少量石膏一起粉磨)达到相当细度且符合相应活性指数的粉体。(矿渣微粉磨时允许加入助磨剂,加入量不得大于矿渣微粉质量的1%),这就是矿渣微粉。

矿渣微粉的意义作用:矿渣微粉具有潜在的水硬性和较强的混凝土活性,是水泥和混凝土的优质掺合料。随着粉磨工艺技术的发展及预拌混凝土的兴起,超细矿渣微粉得以广泛应用。自八十年代以来,英、美、加、日、法、澳等国相继制定了国家标准,使矿渣微粉的应用得到有序的发展,我国在多年研究的基础上,也于2000 年4 月发布、12 月开始实施国家新标准GB/T18046-2000 《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣微粉》,必将促进我国矿渣粉的推广使用和提高混凝土的性能及质量。

矿渣微粉用于配制预拌混凝土,不但可以高比例的等量替代水泥(一般可代替30%~50%的水泥),而且可以大大改善混凝土的性能,如泌水少、流动度和可塑性好,水化热降低,有利于防止大体积混凝土内部温升引起的裂缝和变形。掺有矿渣微粉的硬化混凝土具有良好的抗硫酸盐、抗氯盐、抗碱性能,并且能大幅度提高长期强度,具有良好的耐久性,可达到节能、降本、环保、利废的目的,已越来越多地应用于各类重点建设工程。

1 矿渣微粉对混凝土性能的影响

1.1 矿渣微粉对混凝土强度的影响

在标准养护条件下,水泥硬化28 天后,矿渣微粉仍继续水化,发挥强度效应,其强度增长幅度在14%~38%,并与矿渣微粉的比表面积呈负相关(见表1)。

表1 矿渣微粉水泥胶砂强度发展

备注:我公司生产的95矿渣微粉比表已经达到430-450m²/kg

1.2矿渣微粉对混凝土耐久性的影响

混凝土在硬化过程中,水泥水化反应产生大量的水化热,而混凝土的内部和表面散热速度不一样,致使形成较大的温差,就会导致混凝土不均匀温度变形而产生拉应力,一旦拉应力超过混凝土即时的抗拉强度,就会在混凝土内部或表面产生裂缝,是混凝土早期开裂的主要因素之一,这种裂缝通常是贯穿性有害裂缝,对混凝土的耐久性非常不利。

根据《高炉矿渣微粉生产技术及开发应用研究》资料中实测数据,矿渣微粉能降低水泥水化热峰温值3~4℃,延迟峰温出现的时间(见表2)。

表2 S95 级矿渣微粉对水泥水化热的影响

由表中可以看出,混凝土中掺加矿粉可降低浆体的水化热,掺量小于50%时,水化热降低不明显。当达到70%掺量时,3d、7d的水化热明显降低。

1.3 矿渣微粉提高混凝土的抗渗性能

矿渣微粉的主要化学成分有SiO2、AI2O3 等,具有超高活性,将其作为掺合料掺入水泥混凝土中,这些活性的SiO2、AI2O3 即可与水泥中C2S 水化产生的Ca(OH)2 反应,进一步形成水化硅酸钙产物,填充于水泥混凝土的孔隙中,大幅度提高水泥混凝土的致密度,从而改善孔结构,减少孔隙率并减少最大孔径的尺寸,使混凝土形成了密实充填结构和细观层次的自紧密堆积体系,达到提高混凝土的抗渗性能,水渗透系数得到明显降低(见表3)。同时也防止产生泌水、离析的现象。

表3 矿渣微粉混凝土水渗透系数试验结果

注:通混凝土的水渗透系数一般为1×10-9cm/s

1.4 矿渣微粉对混凝土工作性能的影响

商品混凝土要求有很好和易性和可泵送性,在水泥水化初期,矿渣微粉分布并包裹

在水泥颗粒的表面,起到了延缓和减少水泥初期水化物相互搭接的隔离作用。

由于矿渣微粉掺入,降低了新拌混凝土的屈服应力,使屈服应力在较长时间内在较低水平,及矿渣微粉的高比表面积具有优越于水泥的保水效果,减缓水份的蒸发速度。因此,使坍落度经时损失有所改善。在同样混凝土配合比及掺用同样高效减水剂的情况下,矿渣混凝土的坍落度经时损失比普通混凝土小,有利于商品混凝土的泵送施工。

2 矿渣微粉的经济效益以及在商品混凝土的应用

矿渣微粉是对炼铁废渣的二次开发,是一项利废工程。按年产100 万吨矿渣微粉计,每年可节约大量废渣堆积土地,并减少废渣对土地的改性污染。矿渣微粉可等量替代混凝土中的水泥用量,而水泥在生产过程中要向空气中排放大量CO2。据统计,每生产1 吨水泥熟料要向大气排放1吨CO2,按每年100 万吨矿渣微粉等量替代水泥计,可减少100 万吨CO2 排放量,大大减轻了大气层中CO2 的累积量,对减轻地球温室效应起了一定的作用。

矿渣微粉产生的经济效益:

⑴节约能源。据统计,每生产1kg 水泥熟料需消耗4180KJ 的热量和约0.065KWH 的电力,按年产100 万吨矿渣微粉替代水泥计,每年可节约8.571 万吨标煤和39×106KWH 电力。

⑵适用范围及市场前景。随着我国经济的发展,商品混凝土的需求量越来越大。矿渣微粉作为掺合料,不但能降低混凝土的成本(每方约降低5~20 元),经济价值可观,而且能有效利用矿渣资源,解决环保问题,完全符合可持续发展的思想和战略。同时,对混凝土来说,具有良好的能长期保持的力学性能、水化温峰小且延迟、体积稳定性好等特性。矿渣微粉作为掺合料在混凝土中的应用将会有良好的前景。

⑶商品混凝土应用效益分析

①用于普通水泥混凝土等量替代水泥可节省水泥用量,降低混凝土成本;

见下表举例测算(仅供参考)

②可有效抑制水泥混凝土的碱骨料反应,显著提高水泥混凝土的抗碱骨料反应性能,提高水泥混凝土的耐久性;

③可有效提高水泥混凝土的抗海水浸蚀性能,特别适用于抗海水工程;

④可显著减少水泥混凝土的泌水量,改善水泥混凝土的和易性;

⑤可显著增加水泥混凝土的致密度,改善水泥混凝土的抗渗性;

⑥可显著降低水泥混凝土的水化热,适用于配制大体积混凝土。

3 矿渣微粉在商品混凝土应用中应注意的问题

3.1要严格控制矿渣微粉的细度

由于矿渣微粉较难磨细,要长期稳定控制在国家标准范围内有一定难度,所以一定要加强检测矿渣微粉的细度。一旦矿渣微粉的细度大幅度降低,会给混凝土带来很多的问题,如粘聚性下降、出现离析和泌水、凝结时间过长、早期强度降低,甚至28 天强度也会有不同程度降低。

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