矿粉在混凝土中的应用

矿粉在混凝土中的应用

摘要：混凝土是当今用量最大的一种建筑材料，随着城市建设的发展和施工水平的提高，对混凝土的品质指标和经济指标提出了越来越高的要求。磨细矿渣粉作为混凝土的一种重要掺合料越来越被人们所重视。本文主要研究磨细矿渣粉应用混凝土中对混凝土性能产生的改变。

关键词：磨细矿渣粉混凝土意义标准

一、矿粉的现状

高性能混凝土的研究和应用成为当前国际上的热点，人们不但要求混凝土的强度能够达到要求，而且希望它有很好的耐久性能。继化学外加剂在混凝土工程上普遍应用以后，活性矿物掺合料日益在国内外材料与工程界引起广泛的关注，甚至将之称为继水泥、细骨料、粗骨料、水、外加剂之后的第六组分。

矿物细掺料基本可分为以下四类：

1、有胶凝性（或称潜在活性）的。如气硬性石灰、钢渣等。

2、有火山灰性的。火山灰是指其本身并不具备有或只有极小的胶凝性，但其粉末态物质能与Ca（OH）2和水在常温条件下产生水化反应而生成具有胶凝性的水化产物，例如粉煤灰。

3、同时具有胶凝性和火山灰性的。如高钙粉煤灰或增钙液态渣、粒化高炉矿渣等。

4、其他未包括在上述三类中的本身具有一定化学反应的材料。如磨细石灰岩、白云岩以及各种硅质岩石的产物，这类材料过去一直被看作是惰性的物质。

分别属于这四类的矿物掺合料有多种，综合各种因素较为理想的活性矿物掺合料当属粒化高炉矿渣粉。矿渣粉因其产量大，质量较为稳定，环保以及成本低等特点，近几十年在水泥与混凝土中应用取得了很大的进展。

二、矿粉应用的重要意义

矿粉作为混凝土的掺合料，不仅能等量取代水泥，取得良好的经济效益，而且还能显著地改善和提高混凝土的综合性能，如改善混凝土的工作性，降低水化热的温升，改善混凝土的内部结构，提高混凝土的抗腐蚀能力和耐久性，增长混凝土的后期强度等等。由于矿粉能很好地改善混凝土的性能，国外有的学者将之称为辅助胶凝材料，不仅可将矿粉作为组分材料来配制高强、高性能混凝土，也可用其生产中强混凝土，大体积混凝土以及处于严酷环境下对耐久性有特殊要求

的混凝土[1]。

矿渣用于水泥或者混凝土减少了胶结材料中水泥的用量，减少了由于生产水泥而导致的能源消耗，环境污染和土地资源浪费。据我国权威的混凝土专家预测，在未来的10-15年内，国内完全可以用1.6-1.7亿吨矿粉替代1.6-1.7亿吨水泥熟料，这样可大大改善大气环境，减少粉尘、CO2,NOx,SO2的排放量约1.58亿吨/年，节约石灰石资源2.6亿吨，电能350亿kwh，标煤1800万吨，矿粉的应用体现了水泥和混凝土的绿色含量和可持续性发展的战略思想[3]。

随着工程建设的发展和施工技术水平的提高，对混凝土提出了更高的要求，应运而生的高性能混凝土工作性和耐久性的主要技术路线。如矿粉替代水泥后降低单体积混凝土中胶结料的水化热的总量和延缓放热速率，减少大体积混凝土的温升裂缝，可以降低由于水化热引起的温度变化所引发的开裂。在有硫酸盐侵蚀的环境下，掺有活性矿物掺合料的混凝土，抗硫酸盐侵蚀的性能显著提高。另外，掺矿粉的混凝土密实度高，自由含水量低，在冻融交替的条件下，混凝土的抗冻性能也得到了大幅度的提高。

矿粉的应用除了在上述两方面的意义之外，还有很好的经济价值，矿粉作为混凝土的掺合物，能够在一定程度上提高混凝土的性能，延长了混凝土的寿命，减少了维修及重建所需的大额费用。另外，矿粉的应用，减少了混凝土中水泥的用量，是混凝土册成本降低了10%—15%。

三、矿粉的应用标准

四、长治地区的基本情况

长治地区向社会供应的矿粉多为长治钢铁集团公司的矿粉，长治钢铁集团是生产建筑用线、棒材料为主，运转5座高炉，现场矿渣水淬池共三个，其中4﹟、5﹟高炉共用一池,3﹟、7﹟高炉共用一池，6﹟高炉单独用一池。长钢高炉入炉铁矿品位比较高，钢渣比较高，现年生产50万吨矿渣，大部分矿渣以水淬方式排出，活性较高。

长钢高炉矿渣排渣的2个渣池，生产的两种高炉水淬矿渣均为灰白色，含有约为5-10%的黑色多孔粒状或块状的物料。80%为3mm以下。其化学成份见下表1，与国内其他炼铁矿渣相比，长钢矿渣的Cao、SiO2含量低，Al2O3含量高。

成份SiO2 Fe2O3 FeO T iO2 Al2O3 CaO MgO MnO2 K2O SO3 Clˉ

含量% 31.29 1.5 3.5 0.81 15.17 36.5 6.61 0.27 0.9 0.4

0.06

表1：粒化高炉矿渣化学成份

根据矿渣的化学成份，计算质量指标：

水硬性系数b=（CaO+MgO+Al2O3）/SiO2=(36.5+6.61+15.17)/31.29

=1.86>1

碱性系数M0=( CaO+MgO)/( SiO2+ Al2O3)=(36.5+6.61)/(31.29+15.17)

=0.9281.6为优等品

由矿渣的质量指标可看出，长钢水淬高炉矿渣呈酸性，水硬性系数1.86，质量系数1.81，但长钢矿渣中慢冷黑块含量多，约占质量比例的5%，制成粉体外观颜色白度较低。

长钢矿粉为S75级矿粉，其物理性能指标见表2。

比表面积密度烧失量流动度比活性指数

m2/kg g/cm3 % % 7d 28d

436 2.90 0.38 100 56 77

表2：长钢矿粉物理性能指标

五、矿粉配制混凝土的应用

1、试验用原材料：

1）矿粉：采用长钢集团生产的矿渣粉，S75级，其物理性能指标见表2。

2）水泥：P.O42.5级山西水泥厂生产的晋牌水泥，其性能见表3。

标准稠度用水量% 安定性抗折强度/MPa 抗压强度/MPa

3d 28d 3d 28d

26.0 合格 5.8 9.0 32.4 50.1

表3：水泥性能参数

3）细骨料：产地：河北临城砂，其主要性能见表4。

细度磨数含泥量/% 泥块含量/% 表观密度/kg/m3

2.7 0.5 0 2690

表4：细骨料性能参数

4）粗骨料：产地：壶关5-25mm连续级配碎石，其主要性能见表5。

含泥量/% 泥块含量/% 压碎指标/% 针片状含量/% 表观密度/kg/m3

0.2 0 90 5.1 2710

表5：粗骨料性能参数

5）粉煤灰：Ⅱ级，其主要性能见表6。

细度/% 需水量比/% 烧失量/% 安定性

10 95 2.0 合格

表6：粉煤灰主要性能指标

6）外加剂：太原砼钰外加剂厂生产的TY-D型高效减水剂，掺量为3.0%时，其主要性能指标见表7。

减水率/% 泌水率比/% 含气量/% 抗压强度（与空白）比

3d 7d 28d

20.4 65 2.0 145 136 130

表7：外加剂主要性能指标

2、试验方法

1）配合比参照JGJ55-200《普通混凝土配合比设计规程》进行。

2）混凝土拌合物坍落度采用GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能